ES2772831T3 - Variable speed generator-motor device and variable speed generator-motor system - Google Patents

Variable speed generator-motor device and variable speed generator-motor system Download PDF

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Abstract

Un sistema generador-motor de velocidad variable que comprende un convertidor de potencia conectado a una fuente de alimentación de CC (901), que comprende un polo positivo (P) y un polo negativo (N), y una máquina síncrona trifásica (102B) que tiene bobinas de amortiguación y conectada a un lado de CA a través de tres terminales (R, S, T), en el que los tres terminales (R, S, T) están conectados a puntos neutros (Ux, Vx, Wx) de tres conjuntos de reactores de tres terminales (1003) y están configurados para conectarse a un transformador trifásico (1002), unos primeros terminales (Up, Vp, Wp) de los reactores de tres terminales (1003) están conectados a terminales (a) del lado de la máquina de tres brazos de dos terminales (104RP, 104SP, 104TP) en el lado del polo positivo de un convertidor multinivel modular, MMC, que están formados por k convertidores de unidad de dos terminales conectados en serie (103) que están configurados para emitir una tensión arbitraria a través de un elemento de almacenamiento de energía (203) que tiene la característica de fuente de tensión, donde k es un número natural igual a uno o mayor, y terminales (b) del polo positivo de los brazos están conectados en estrella al polo positivo (P) de la fuente de alimentación de CC (901), unos segundos terminales (Um, Vm, Wm) de los reactores de tres terminales (1003) están conectados a terminales (b) del lado de la máquina de tres brazos de dos terminales (104RN, 104SN, 104TN) en el lado del polo negativo del convertidor multinivel modular, MMC, que están formados por convertidores de unidad conectados en serie (103), y terminales (a) del lado negativo del polo de los brazos están conectados en estrella al polo negativo (N) de la fuente de alimentación de CC (901), el sistema generador-motor de velocidad variable incluye además: un primer controlador (905) configurado para ajustar una frecuencia y una amplitud de corriente suministrada desde el convertidor de potencia a la máquina síncrona (102B) a un valor fijo; un segundo controlador (905) configurado para sincronizar una frecuencia de corriente suministrada desde el convertidor de potencia a la máquina síncrona (102B) con una velocidad de rotación de la máquina síncrona (102B) y para ajustar una amplitud de la corriente a un valor proporcional a la frecuencia; estando el sistema generador-motor de velocidad variable configurado para usar el primer controlador (905) o el segundo controlador (905); y un interruptor (912, 914) configurado para cortocircuitar un devanado de campo (908) de la máquina síncrona (102B) con una resistencia (913) cuando se usa el primer controlador (905) y para conectar el devanado de campo (908) de la máquina síncrona (102B) a un excitador (911) cuando se usa el segundo controlador (905), y el sistema generador-motor de velocidad variable está configurado para usar el primer controlador (905) cuando la máquina síncrona (102B) se inicia desde reposo, y para conmutar el control a realizar por el segundo controlador (905) una vez que la frecuencia alcanza un valor establecido, y en el que el sistema generador-motor de velocidad variable está configurado además para detener temporalmente el convertidor de potencia MMC cuando la frecuencia alcanza el valor establecido, para permitir la conexión del excitador (911) a través del interruptor (912, 914).A variable speed generator-motor system comprising a power converter connected to a DC power source (901), comprising a positive pole (P) and a negative pole (N), and a three-phase synchronous machine (102B) which has damping coils and connected to one AC side through three terminals (R, S, T), in which all three terminals (R, S, T) are connected to neutral points (Ux, Vx, Wx) of three sets of three-terminal reactors (1003) and are configured to connect to a three-phase transformer (1002), first terminals (Up, Vp, Wp) of the three-terminal reactors (1003) are connected to terminals (a) on the side of the two-terminal three-arm machine (104RP, 104SP, 104TP) on the positive pole side of a modular multilevel converter, MMC, which are made up of k series-connected two-terminal unit converters (103) that are configured to emit an arbitrary voltage through an element energy storage device (203) that has the characteristic of a voltage source, where k is a natural number equal to one or greater, and terminals (b) of the positive pole of the arms are connected in a star to the positive pole (P) of the DC power supply (901), a few second terminals (Um, Vm, Wm) of the three-terminal reactors (1003) are connected to terminals (b) on the side of the two-terminal three-arm machine (104RN, 104SN, 104TN) on the negative pole side of the modular multilevel converter, MMC, which are made up of series connected unit converters (103), and terminals (a) on the negative pole side of the arms are star connected to the pole negative (N) of the DC power supply (901), the variable speed generator-motor system further includes: a first controller (905) configured to adjust a frequency and an amplitude of current supplied from the power converter to the synchronous machine (102B) to a fixed value; a second controller (905) configured to synchronize a frequency of current supplied from the power converter to the synchronous machine (102B) with a rotation speed of the synchronous machine (102B) and to adjust an amplitude of the current to a proportional value to the frequency; the variable speed generator-motor system being configured to use the first controller (905) or the second controller (905); and a switch (912, 914) configured to short circuit a field winding (908) of the synchronous machine (102B) with a resistor (913) when the first controller (905) is used and to connect the field winding (908) from the synchronous machine (102B) to an exciter (911) when the second controller (905) is used, and the variable speed generator-motor system is configured to use the first controller (905) when the synchronous machine (102B) is switched on. starts from rest, and to switch the control to be performed by the second controller (905) once the frequency reaches a set value, and in which the variable speed generator-motor system is also configured to temporarily stop the power converter MMC when the frequency reaches the set value, to allow the connection of the exciter (911) through the switch (912, 914).

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo generador-motor de velocidad variable y sistema generador-motor de velocidad variableVariable speed generator-motor device and variable speed generator-motor system

CampoCountryside

La presente invención se refiere a un aparato generador-motor de velocidad variable en el que un convertidor de potencia PWM multinivel modular (en lo sucesivo denominado "convertidor MMC" en la presente invención) está conectado a una máquina eléctrica rotativa de CA y a un sistema generador-motor de velocidad variable que incluye el aparato generador-motor de velocidad variable.The present invention relates to a variable speed generator-motor apparatus in which a modular multi-level PWM power converter (hereinafter referred to as "MMC converter" in the present invention) is connected to a rotating AC electric machine and a system variable speed generator-motor including the variable speed generator-motor apparatus.

AntecedentesBackground

Un circuito convertidor MMC se compone de convertidores de unidades que generan una tensión deseada controlando el factor de modulación de un convertidor PWM que utiliza un elemento de almacenamiento de energía con las características de fuente de tensión, tal como un condensador o una batería de almacenamiento, como fuente de tensión. La tensión del elemento de almacenamiento de energía para el convertidor de la unidad fluctúa de acuerdo con la carga y la descarga realizada con un período determinado por la frecuencia de CA. Los convertidores de la unidad están conectados en serie para formar un brazo de dos terminales. Los primeros terminales de los brazos de dos terminales están conectados a los terminales para las fases respectivas de una fuente de alimentación de CA y los segundos terminales conectados en estrella están conectados al terminal de una fuente de alimentación de CC.An MMC converter circuit is made up of unit converters that generate a desired voltage by controlling the modulation factor of a PWM converter that uses an energy storage element with the characteristics of a voltage source, such as a capacitor or a storage battery, as a source of tension. The voltage of the energy storage element for the drive converter fluctuates according to the charge and discharge performed with a period determined by the AC frequency. The unit's converters are connected in series to form a two-terminal arm. The first terminals of the two-terminal arms are connected to the terminals for the respective phases of an AC power source and the second star-connected terminals are connected to the terminal of a DC power source.

Con esta configuración, el brazo conectado a cada fase genera una tensión con una frecuencia de CA deseada para controlar la corriente alterna y al mismo tiempo superpone la corriente continua para realizar la conversión de energía con la fuente de alimentación de CC.With this configuration, the arm connected to each phase generates a voltage with a desired AC frequency to control the alternating current and at the same time superimposes the direct current to perform the energy conversion with the DC power supply.

El control asociado con el convertidor MMC incluye el control de corriente para ajustar una corriente de brazo de acuerdo con un comando de CA y un comando de CC desde una fuente externa (dicho control se denominará en adelante "control de corriente del convertidor" en la presente invención); una función de mantener la tensión promedio del elemento de almacenamiento de energía en equilibrio entre los convertidores de la unidad mediante el ajuste mutuo de los factores de modulación de los convertidores PWM proporcionados en los convertidores de la unidad dentro de los brazos (en adelante, dicha función se denominará "control entre etapas" en la presente invención); y una función de mantener la cantidad total de energía almacenada en el elemento de almacenamiento de energía en el brazo en equilibrio entre los brazos (en adelante, dicha función se denominará "control de equilibrio de interfase" en la presente invención). La implementación del control de equilibrio entre fases requiere un elemento de circuito para reducir la corriente que circula entre los brazos.The control associated with the MMC converter includes current control to adjust an ARM current in accordance with an AC command and a DC command from an external source (such control will be referred to as "converter current control" in the following). present invention); a function of keeping the average voltage of the energy storage element in equilibrium between the unit converters by mutual adjustment of the modulation factors of the PWM converters provided in the unit converters within the arms (hereinafter referred to as said function will be referred to as "inter-stage control" in the present invention); and a function of keeping the total amount of energy stored in the energy storage element in the arm in balance between the arms (hereinafter, said function will be referred to as "interface balance control" in the present invention). The implementation of phase balance control requires a circuit element to reduce the current flowing between the arms.

La literatura de patente 1 divulga una tecnología en la que se proporciona un reactor de control de corriente circulante entre el primer terminal del brazo para cada fase y el terminal de la fuente de alimentación de CA (esto se denominará un "convertidor DSMMC" en la presente invención).Patent literature 1 discloses a technology in which a circulating current control reactor is provided between the first terminal of the arm for each phase and the terminal of the AC power supply (this will be referred to as a "DSMMC converter" in the present invention).

La literatura de patente 2 divulga un procedimiento en el que se proporciona un transformador que incluye devanados secundarios y terciarios dobles conectados en estrella para cancelar la fuerza magnetomotriz de CC generada en el núcleo del transformador debido a la corriente de circulación mientras se usa la reactancia de fuga de los devanados secundario y terciario como un elemento de circuito de control de corriente (en adelante se denominará "convertidor DIMMC" en la presente invención).Patent literature 2 discloses a method in which a transformer including star connected double secondary and tertiary windings is provided to cancel the DC magnetomotive force generated in the transformer core due to circulating current while using the reactance of leakage of the secondary and tertiary windings as a current control circuit element (hereinafter referred to as "DIMMC converter" in the present invention).

La literatura de patente 3 divulga un procedimiento en el que se proporciona un transformador que incluye devanados secundarios y terciarios conectados en zigzag para cancelar la fuerza magnetomotriz de CC generada en el núcleo del transformador debido a la corriente de circulación mientras se usa la reactancia de fuga de los devanados secundario y terciario como un elemento de circuito de control de corriente (en adelante se denominará "convertidor ZCMMC" en la presente invención).Patent literature 3 discloses a method in which a transformer including secondary and tertiary windings connected in a zigzag is provided to cancel the DC magnetomotive force generated in the transformer core due to circulating current while using the leakage reactance of the secondary and tertiary windings as a current control circuit element (hereinafter referred to as "ZCMMC converter" in the present invention).

La literatura no de patente 1 divulga un procedimiento para conectar los terminales de CC de dos convertidores DSMMC de forma consecutiva como un procedimiento para conectar los terminales de CC de dos convertidores de MMC de forma consecutiva para ser una fuente de alimentación de frecuencia variable, así como conectar un terminal de CA a un sistema de CA y conectar el otro terminal de CA a una máquina eléctrica rotativa de CA para formar un aparato motor generador de velocidad variable.Non-patent literature 1 discloses a procedure for connecting the DC terminals of two DSMMC converters consecutively as a procedure for connecting the DC terminals of two MMC converters consecutively to be a variable frequency power supply, thus such as connecting one AC terminal to an AC system and connecting the other AC terminal to an AC rotating electrical machine to form a variable speed generator motor apparatus.

Con este procedimiento, la corriente continua no se superpone en la máquina eléctrica rotativa de CA conectada al convertidor MMC. Por lo tanto, este procedimiento es adecuado para variar la velocidad de la máquina eléctrica rotativa de CA que está conectada directamente al sistema de Ca y que opera a una frecuencia fija. With this procedure, the direct current does not overlap in the rotating AC electrical machine connected to the MMC converter. Therefore, this method is suitable for varying the speed of the rotary electric machine AC is directly connected to the system C and operating at a fixed frequency.

La literatura de patente 4 divulga un procedimiento para conectar el convertidor ZCMMC al lado de la máquina eléctrica rotativa de CA. Se argumenta que, con dicho procedimiento, se puede implementar un sistema eléctrico de CA sin incluir el reactor de control de corriente circulante.Patent literature 4 discloses a procedure for connecting the ZCMMC converter to the side of the rotating AC electric machine. It is argued that, with such a procedure, an AC electrical system can be implemented without including the circulating current control reactor.

La literatura de patente 5 divulga un procedimiento para medir los vectores de señales de tensión/corriente de frecuencia variable de la máquina eléctrica rotativa de CA.Patent literature 5 discloses a method for measuring variable frequency voltage / current signal vectors of rotating AC electrical machine.

La literatura de patente 6 divulga un sistema de conversión de energía eléctrica y mecánica que comprende una máquina eléctrica trifásica con un cable neutro, un convertidor modular multinivel MMC para generar tensiones arbitrarias y un inductor con un devanado en zigzag y terminales para tres fases y neutro.Patent literature 6 discloses a mechanical and electrical energy conversion system comprising a three-phase electrical machine with a neutral wire, a MMC multi-level modular converter to generate arbitrary voltages, and an inductor with a zigzag winding and terminals for three phases and neutral. .

Lista de citasAppointment list

Literatura de PatentePatent Literature

Literatura de Patente 1: Patente japonesa n.° 5189105Patent Literature 1: Japanese Patent No. 5189105

Literatura de Patente 2: Publicación internacional WO 2009/135523Patent Literature 2: International Publication WO 2009/135523

Literatura de Patente 3: Patente japonesa n.° 5268739Patent Literature 3: Japanese Patent No. 5268739

Literatura de Patente 4: Publicación de patente japonesa abierta al público n.° 2013-162735Patent Literature 4: Japanese Patent Publication Open to Public No. 2013-162735

Literatura de Patente 5: Patente japonesa n.° 5537095Patent Literature 5: Japanese Patent No. 5537095

Literatura de Patente 6: Patente US n.° US2015008859Patent Literature 6: US Patent No. US2015008859

Literatura no de PatenteNon-Patent Literature

Literatura no de Patente 1: Makoto Hagiwara, Kazutoshi Nishimura y Hirofumi Akagi, “A Medium-Voltage Motor Drive with a Modular Multilevel PWM Inverter: Part I. Experimental Verification by a 400-V, 15-kW Downscaled Model [Un motor de media tensión con un inversor PWM multinivel modular: Parte I. Verificación experimental mediante un modelo reducido de 400 V y 15 kW ”, Las transacciones del Instituto de Ingenieros Eléctricos de Japón. D, 130 (4), páginas 544-551, abril de 2010Non-Patent Literature 1: Makoto Hagiwara, Kazutoshi Nishimura and Hirofumi Akagi, “A Medium-Voltage Motor Drive with a Modular Multilevel PWM Inverter: Part I. Experimental Verification by a 400-V, 15-kW Downscaled Model Voltage with a Modular Multilevel PWM Inverter: Part I. Experimental Verification Using a Reduced Model of 400 V and 15 kW ”, The Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan. D, 130 (4), pages 544-551, April 2010

Literatura no de Patente 2: Philip L. Alger, "Induction Machines [Máquinas de inducción]", segunda edición, abril de 1969Non-Patent Literature 2: Philip L. Alger, "Induction Machines", Second Edition, April 1969

SumarioSummary

Problema técnicoTechnical problem

Los convertidores de potencia estáticos que utilizan dispositivos de conmutación de semiconductores de potencia (en lo sucesivo denominados "dispositivos de conmutación" en la presente invención) pueden clasificarse aproximadamente como un convertidor de fuente de corriente conmutada en línea (en lo sucesivo denominado "convertidor LCC" en la presente invención) que utiliza un dispositivo de conmutación sin una función de autoextinción, tal como un tiristor, y un convertidor de fuente de tensión autoconmutado (en lo sucesivo denominado "convertidor VSC" en la presente invención) que utiliza un dispositivo de conmutación con una función de autoextinción, tal como un IGBT.Static power converters using power semiconductor switching devices (hereinafter referred to as "switching devices" in the present invention) can be roughly classified as an online switched current source converter (hereinafter referred to as "LCC converter "in the present invention) using a switching device without a self-extinguishing function, such as a thyristor, and a self-switching voltage source converter (hereinafter referred to as" VSC converter "in the present invention) using a switching device. switching with a self-extinguishing function, such as an IGBT.

Con el convertidor VSC en particular, la tasa de cambio temporal de la tensión de la bobina de una máquina eléctrica rotativa aumenta a medida que aumenta la tensión del dispositivo de conmutación y, a medida que se mejoran las características de conmutación, la frecuencia PWM aumenta para suprimir la corriente armónica, que provoca un aumento en la corriente de fuga de la bobina.With the VSC converter in particular, the temporal change rate of the coil voltage of a rotating electrical machine increases as the switching device voltage increases and as the switching characteristics improve, the PWM frequency increases. to suppress harmonic current, which causes an increase in coil leakage current.

Este es un cuello de botella, particularmente en un caso donde la velocidad varía de la máquina eléctrica rotativa de CA que se instala bajo el supuesto de que hay una fuente de alimentación de frecuencia de CA comercial. Un convertidor MMC se clasifica como un convertidor VSC equipado con control PWM. A diferencia de un convertidor PWM convencional, el convertidor MMC incluye N etapas de convertidores de unidades conectadas en serie para poder suprimir el ancho de la pulsación de tensión debido al control PWM a 1/N sin usar una conexión compleja en el cableado de un reactor y un transformador y suprimir el componente armónico de la tensión aplicada a la máquina eléctrica rotativa de CA. La adopción del convertidor m Mc permite el uso de la máquina eléctrica rotativa sin reforzar el aislamiento de la bobina del mismo y es particularmente adecuado para variar la velocidad de la máquina eléctrica rotativa de CA que se instala bajo el supuesto de una frecuencia constante de un sistema de suministro de energía de CA. This is a bottleneck, particularly in a case where the speed varies from the rotating AC electric machine that is installed under the assumption that there is a commercial AC frequency power supply. An MMC converter is classified as a VSC converter equipped with PWM control. Unlike a conventional PWM converter, the MMC converter includes N stages of unit converters connected in series to be able to suppress the width of the voltage pulsation due to PWM control at 1 / N without using a complex connection in the wiring of a reactor and a transformer and suppress the harmonic component of the voltage applied to the rotating AC electrical machine. The adoption of the m M c converter allows the use of the rotating electrical machine without reinforcing the insulation of the coil thereof and is particularly suitable for varying the speed of the rotating AC electrical machine that is installed under the assumption of a constant frequency of an AC power supply system.

Además, un convertidor MMC permite que el número de convertidores de unidades conectadas en serie tenga redundancia para poder aumentar la disponibilidad haciendo un cortocircuito en el terminal de salida de un convertidor de unidades con fallo. Por lo tanto, el convertidor MMC es adecuado para variar la velocidad de una máquina eléctrica rotativa de CA de alta capacidad que requiere una gran cantidad de convertidores de unidades.Additionally, an MMC converter allows the number of serially connected drive converters to have redundancy so that availability can be increased by shorting the output terminal of a failed drive converter. Therefore, the MMC converter is suitable for varying the speed of a high capacity AC rotary electric machine that requires a large number of unit converters.

La literatura no de patente 1 describe una tecnología adecuada para realizar tales características. En la literatura de patente 4 se argumenta que el aparato generador-motor de velocidad variable puede implementarse conectando el convertidor ZCMMc .Non-patent literature 1 describes a suitable technology to realize such features. In patent literature 4 it is argued that the variable speed generator-motor apparatus can be implemented by connecting the ZCMMc converter.

Sin embargo, las dos publicaciones mencionadas anteriormente no divulgan ningún problema y solución a los problemas que surgen inevitablemente cuando se varía la velocidad de la máquina eléctrica rotativa de CA utilizando el convertidor MMC.However, the two publications mentioned above do not disclose any problems and solutions to the problems that inevitably arise when the speed of the rotating AC electric machine is varied using the MMC converter.

Un primer problema proviene de la característica de que la capacidad de corriente de salida del convertidor MMC es proporcional a la frecuencia. La capacidad de corriente disminuye en una región de salida de baja frecuencia, causando así un problema porque el par de arranque de la máquina eléctrica rotativa de CA no puede garantizarse porque, en principio, el par de salida de la máquina es proporcional a la corriente. Existe el problema de que dicho convertidor no puede aplicarse al arranque de máquinas síncronas que conforman la mayoría de las máquinas eléctricas rotativas de alta capacidad que son particularmente adecuadas para usar las características del convertidor MMC. Este problema es común a todos los convertidores DSMMC, DIMMC y ZCMMC conectados a la máquina eléctrica rotativa de CA; sin embargo, no se describen problemas y soluciones de los mismos en la literatura no de patente 1 y la literatura de patente 4.A first problem comes from the characteristic that the output current capacity of the MMC converter is proportional to the frequency. The current capacity decreases in a low-frequency output region, thus causing a problem because the starting torque of the AC rotating electric machine cannot be guaranteed because, in principle, the output torque of the machine is proportional to the current . There is a problem that such a converter cannot be applied to the starting of synchronous machines that make up the majority of high-capacity rotary electrical machines that are particularly suitable for using the characteristics of the MMC converter. This problem is common to all DSMMC, DIMMC and ZCMMC converters connected to the rotating AC electrical machine; however, problems and solutions thereof are not described in non-patent literature 1 and patent literature 4.

Un segundo problema proviene de la superposición intencional de corriente continua en un devanado de la máquina eléctrica rotativa.A second problem comes from the intentional superposition of direct current in a rotating electrical machine winding.

La literatura no de patente 2 señala en la página 356 que "incluso el desequilibrio en la atracción magnética debido a un flujo de fuga en zigzag causado por una combinación de un estator y el número de ranuras centrales de un rotor de una máquina de inducción se convierte en un problema".Non-patent literature 2 notes on page 356 that "even the imbalance in magnetic attraction due to a zigzag leakage flux caused by a combination of a stator and the number of center grooves of an induction machine rotor is makes it a problem. "

Además, cuando la corriente continua se superpone intencionalmente como con el convertidor DIMMC y el convertidor ZCMMC, el requisito mínimo es la cancelación de la fuerza magnetomotriz CC generada por la corriente de la bobina dentro de la ranura del núcleo. Este problema es común en los casos en que una máquina síncrona y una máquina de inducción se adoptan como la máquina eléctrica rotativa de CA.Also, when direct current is intentionally overlapping as with the DIMMC converter and the ZCMMC converter, the minimum requirement is the cancellation of the DC magnetomotive force generated by the coil current within the core slot. This problem is common in cases where synchronous machine and induction machine are adopted as the AC rotary electric machine.

Por otro lado, se argumenta en la literatura de patente 4 que "cuando se alimenta corriente continua triseccionada a cada uno de los devanados trifásicos, el campo magnético generado por una corriente de fase cero se convierte en cero".On the other hand, it is argued in patent literature 4 that "when three-sectioned direct current is fed to each of the three-phase windings, the magnetic field generated by a zero phase current becomes zero."

La literatura no de patente 2 presenta tres tipos de devanados de armadura desde la página 76 hasta la página 79. La misma literatura introduce un devanado formado a partir de una bobina de una sola capa en la figura 3.5, un devanado con una zona de fase de 60 grados formada a partir de una bobina de doble capa en la figura 3.6, y un devanado con una zona de fase de 120 grados formada a partir de una bobina de doble capa en la figura 3.7. Entre estos, el argumento en la literatura de patente 4 es válido solo en la configuración de zona de fase de 120 grados formada a partir de la bobina de doble capa ilustrada en la figura 3.7, donde el argumento establece que "cuando la corriente continua triseccionada se alimenta a cada uno de los devanados trifásicos, la fuerza magnetomotriz dentro de una ranura se cancela para causar que el campo magnético generado por la corriente de fase cero sea cero". Ahora se describirán los tres tipos de bobinados.Non-patent literature 2 presents three types of armature windings from page 76 to page 79. The same literature introduces a winding formed from a single layer coil in figure 3.5, a winding with a phase zone A 60-degree winding formed from a double-layer coil in Figure 3.6, and a 120-degree phase zone winding formed from a double-layer coil in Figure 3.7. Among these, the argument in patent literature 4 is valid only in the 120 degree phase zone configuration formed from the double-layer coil illustrated in Figure 3.7, where the argument states that "when the three-sectioned direct current fed to each of the three-phase windings, the magnetomotive force within a slot is canceled to cause the magnetic field generated by the zero phase current to be zero. " Now the three types of windings will be described.

En cuanto a la bobina de capa única, la corriente de la bobina dentro de la ranura es monofásica; por lo tanto, la fuerza magnetomotriz no puede cancelarse en principio.As for the single layer coil, the coil current inside the slot is single phase; therefore, the magnetomotive force cannot be canceled in principle.

La figura 21 ilustra un ejemplo de una zona de fase de 60 grados formada a partir de una bobina de doble capa con el devanado de armadura de un motor de dos polos alojado en 18 ranuras.Figure 21 illustrates an example of a 60 degree phase zone formed from a double layer coil with the armature winding of a two pole motor housed in 18 slots.

La figura 21 ilustra una distribución de fuerza magnetomotriz y una distribución de campo magnético cuando la corriente continua triseccionada se alimenta a cada fase de los devanados trifásicos conectados en estrella en la figura 3.6 obtenida desarrollando la figura 3.3 en la literatura no de patente 2 sobre la circunferencia de un círculo. Debe tenerse en cuenta que en la figura 21, una línea continua indica una bobina superior de la bobina de doble capa y una línea discontinua indica una bobina inferior de la misma.Figure 21 illustrates a magnetomotive force distribution and a magnetic field distribution when the three-sectioned direct current is fed to each phase of the three-phase star-connected windings in figure 3.6 obtained by developing figure 3.3 in non-patent literature 2 on the circumference of a circle. It should be noted that in Figure 21, a solid line indicates an upper coil of the double layer coil and a broken line indicates a lower coil of the same.

Aquí, el diagrama ilustra la distribución de la fuerza magnetomotriz generada por el devanado de cada fase cuando se alimenta una corriente continua ICC/3 triseccionada desde el terminal N a cada uno de los terminales trifásicos (RST), y la distribución de fuerza magnetomotriz y la distribución del campo magnético debido a las tres fases sumadas. Como se ilustra en la figura 21, la corriente continua genera una distribución de flujo de campo magnético de onda casi sinusoidal y, por lo tanto, no es práctica.Here, the diagram illustrates the distribution of the magnetomotive force generated by the winding of each phase when a three-sectioned direct current ICC / 3 is fed from terminal N to each of the three-phase terminals (RST), and the distribution of magnetomotive force y the distribution of the magnetic field due to the three summed phases. As illustrated in Figure 21, direct current generates a quasi-sinusoidal wave magnetic field flux distribution and is therefore not practical.

A continuación, la figura 7 ilustra un ejemplo de una zona de fase de 120 grados formada a partir de la bobina de doble capa con el devanado de armadura del motor de dos polos alojado en 18 ranuras.Next, Figure 7 illustrates an example of a 120 degree phase zone formed from the double layer coil with the armature winding of the two pole motor housed in 18 slots.

La figura 7 ilustra una distribución de fuerza magnetomotriz y una distribución de campo magnético cuando la corriente continua triseccionada se alimenta a cada fase de los devanados trifásicos conectados en estrella en la figura 3.7 de la literatura no de patente 2 al cambiar el devanado de un devanado de paso corto (con un paso de bobina de 8/9) a un devanado de paso completo. Debe tenerse en cuenta que en la figura 7, una línea continua indica una bobina superior de la bobina de doble capa y una línea discontinua indica una bobina inferior de la misma.Figure 7 illustrates a magnetomotive force distribution and a magnetic field distribution when the three-sectioned direct current is fed to each phase of the star connected three-phase windings in Figure 3.7 of non-patent literature 2 when changing the winding of a winding short pitch (with 8/9 coil pitch) to full pitch winding. It should be noted that in Figure 7, a solid line indicates an upper coil of the double layer coil and a broken line indicates a lower coil of the same.

Aquí, el diagrama ilustra la distribución de la fuerza magnetomotriz generada por el devanado de cada fase cuando se alimenta la corriente continua ICC/3 triseccionada desde el terminal N a cada uno de los terminales trifásicos (RST), y la distribución de fuerza magnetomotriz y la distribución del campo magnético debido a las tres fases sumadas. Como se ilustra en la figura 7, la fuerza magnetomotriz generada por la superposición de la corriente continua se cancela dentro de cada ranura y no contribuye a la distribución del campo magnético. Por lo tanto, cuando el convertidor ZCMMC y la máquina eléctrica rotativa de CA están conectados para formar el aparato motor generador de velocidad variable, es necesario "superponer la corriente continua triseccionada en cada fase del devanado de armadura en la zona de fase de 120 grados formada a partir de la bobina de doble capa” de la máquina eléctrica rotativa de CA.Here, the diagram illustrates the distribution of the magnetomotive force generated by the winding of each phase when the three-sectioned direct current ICC / 3 is fed from terminal N to each of the three-phase terminals (RST), and the distribution of magnetomotive force y the distribution of the magnetic field due to the three phases added. As illustrated in Figure 7, the magnetomotive force generated by the superposition of the direct current cancels out within each slot and does not contribute to the magnetic field distribution. Therefore, when the ZCMMC converter and the AC rotating electrical machine are connected to form the variable speed generator motor apparatus, it is necessary to "superimpose the trisected direct current in each phase of the armature winding in the phase zone of 120 degrees. formed from the "double layer coil" of the AC rotary electric machine.

Sin embargo, cuando se va a variar la velocidad de una máquina eléctrica rotativa de CA existente, en muchos casos se da prioridad al factor de devanado y al componente armónico y no hay necesariamente una serie de casos en los que se aplique la zona de fase de 120 grados. En consecuencia, el procedimiento en la literatura de patente 4 puede aplicarse para variar la velocidad de una máquina existente en solo un número limitado de casos.However, when the speed of an existing AC rotating electrical machine is to be varied, in many cases the winding factor and the harmonic component are given priority and there are not necessarily a number of cases where the phase zone applies. 120 degrees. Consequently, the procedure in patent literature 4 can be applied to vary the speed of an existing machine in only a limited number of cases.

Por otro lado, en cuanto al devanado de armadura con la zona de fase de 60 grados formada a partir de la bobina de doble capa, el procedimiento ilustrado en la figura 4 puede cancelar la fuerza magnetomotriz generada por la superposición de la corriente continua triseccionada dentro de cada ranura para que la fuerza magnetomotriz no contribuya a la distribución del campo magnético.On the other hand, as for the armature winding with the 60 degree phase zone formed from the double layer coil, the procedure illustrated in Figure 4 can cancel the magnetomotive force generated by the superposition of the trisected direct current within of each slot so that the magnetomotive force does not contribute to the distribution of the magnetic field.

En la figura 4, el terminal trifásico de la figura 21 se divide para cada uno de los polos magnéticos generados por las bobinas trifásicas, y luego la corriente continua que se superpondrá en cada uno del primer conjunto de terminales trifásicos (RP, SP, TP) y el segundo conjunto de tres terminales de fase (RN, SN, TN) se dividen en tres partes iguales para superponer la corriente continua inversa en polaridad entre sí.In figure 4, the three-phase terminal of figure 21 is divided for each of the magnetic poles generated by the three-phase coils, and then the direct current that will be superimposed on each of the first set of three-phase terminals (RP, SP, TP ) and the second set of three phase terminals (RN, SN, TN) are divided into three equal parts to superimpose the reverse direct current in polarity to each other.

La figura 4 ilustra la distribución de la fuerza magnetomotriz generada en este momento por el devanado de cada fase, y la distribución de la fuerza magnetomotriz y la distribución del campo magnético debido a las tres fases sumadas. Como se ilustra en la figura 4, la fuerza magnetomotriz generada por la superposición de la corriente continua se cancela dentro de cada ranura para no poder contribuir a la distribución del campo magnético. Sin embargo, hay un problema con el convertidor ZCMMC porque la corriente continua con una polaridad opuesta no se puede superponer.Figure 4 illustrates the distribution of the magnetomotive force generated at this time by the winding of each phase, and the distribution of the magnetomotive force and the distribution of the magnetic field due to the three phases added. As illustrated in Figure 4, the magnetomotive force generated by the superposition of the direct current cancels within each slot so that it cannot contribute to the distribution of the magnetic field. However, there is a problem with the ZCMMC converter because direct current with opposite polarity cannot overlap.

Un objeto de la presente invención es resolver los problemas mencionados anteriormente y proporcionar un aparato generador-motor de velocidad variable que use un motor generador de CA grande y proporcionar un sistema generador-motor de velocidad variable.An object of the present invention is to solve the aforementioned problems and to provide a variable speed generator-motor apparatus using a large AC generator motor and to provide a variable speed generator-motor system.

Solución al problemaSolution to the problem

Este objeto se resuelve con las características de la reivindicación 1 del dispositivo. La reivindicación dependiente 2 cita un modo de realización ventajoso de la invención.This object is solved with the characteristics of claim 1 of the device. Dependent claim 2 cites an advantageous embodiment of the invention.

Efectos ventajosos de la invenciónAdvantageous effects of the invention

De acuerdo con la presente invención, la máquina eléctrica rotativa de CA puede variarse en velocidad simplemente haciendo un cambio en los extremos de la bobina del devanado de armadura de la máquina eléctrica rotativa de CA que se instala asumiendo que se opera con una frecuencia fija mediante un sistema de CA. En particular, es posible variar rápidamente la velocidad de las máquinas eléctricas rotativas de CA en plantas de energía hidráulica y plantas de almacenamiento de bombeo que son efectivas para suprimir las fluctuaciones de los sistemas de energía que acompañan el crecimiento en el uso de energía renovable generada por los sistemas de generación de energía solar, sistemas de generación de energía eólica y similares. According to the present invention, the AC rotating electric machine can be varied in speed simply by making a change in the coil ends of the armature winding of the AC rotating electric machine which is installed assuming that it is operated at a fixed frequency by an AC system. In particular, it is possible to rapidly vary the speed of rotating AC electrical machines in hydraulic power plants and pumped storage plants that are effective in suppressing the fluctuations of power systems that accompany the growth in the use of generated renewable energy. by solar power generation systems, wind power generation systems and the like.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

La figura 1 es un diagrama de circuito que ilustra un primer modo de realización de la presente invención.Figure 1 is a circuit diagram illustrating a first embodiment of the present invention.

La figura 2 es un diagrama de circuito de un convertidor de unidad de acuerdo con un modo de realización de la presente invención.Fig. 2 is a circuit diagram of a unit converter in accordance with an embodiment of the present invention.

La figura 3 es un diagrama de circuito de otro convertidor de unidad de acuerdo con un modo de realización de la presente invención.Figure 3 is a circuit diagram of another unit converter in accordance with one embodiment of the present invention.

La figura 4 es un diagrama que ilustra un devanado de armadura de una máquina eléctrica rotativa de CA de acuerdo con el primer modo de realización de la presente invención.Fig. 4 is a diagram illustrating an armature winding of an AC rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.

La figura 5 es un diagrama de bloque de control que ilustra el primer modo de realización de la presente invención.Figure 5 is a control block diagram illustrating the first embodiment of the present invention.

La figura 6 es un diagrama de circuito que ilustra un segundo modo de realización de la presente invención. La figura 7 es un diagrama que ilustra un devanado de armadura de una máquina eléctrica rotativa de CA de acuerdo con el segundo modo de realización de la presente invención.Figure 6 is a circuit diagram illustrating a second embodiment of the present invention. Fig. 7 is a diagram illustrating an armature winding of an AC rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention.

La figura 8 es un diagrama de bloque de control que ilustra el segundo modo de realización de la presente invención.Figure 8 is a control block diagram illustrating the second embodiment of the present invention.

La figura 9 es un diagrama de circuito que ilustra un tercer modo de realización de la presente invención.Figure 9 is a circuit diagram illustrating a third embodiment of the present invention.

La figura 10 es un diagrama de circuito de una fuente de alimentación de CC de acuerdo con el tercer modo de realización de la presente invención.Figure 10 is a circuit diagram of a DC power supply according to the third embodiment of the present invention.

La figura 11 es un diagrama de circuito de otra fuente de alimentación de CC de acuerdo con el tercer modo de realización de la presente invención.Fig. 11 is a circuit diagram of another DC power supply in accordance with the third embodiment of the present invention.

La figura 12 es un diagrama que ilustra un devanado de armadura de una máquina eléctrica rotativa de CA de acuerdo con el tercer modo de realización de la presente invención.Fig. 12 is a diagram illustrating an armature winding of an AC rotary electrical machine in accordance with the third embodiment of the present invention.

La figura 13 es un diagrama de bloque de control que ilustra el tercer modo de realización de la presente invención.Figure 13 is a control block diagram illustrating the third embodiment of the present invention.

La figura 14 es un diagrama de secuencia de operación que ilustra el tercer modo de realización de la presente invención.FIG. 14 is an operation sequence diagram illustrating the third embodiment of the present invention.

La figura 15 es un diagrama de circuito que ilustra un cuarto modo de realización de la presente invención. La figura 16 es un diagrama de circuito de una fuente de alimentación de CC de acuerdo con el cuarto modo de realización de la presente invención.Figure 15 is a circuit diagram illustrating a fourth embodiment of the present invention. Figure 16 is a circuit diagram of a DC power supply according to the fourth embodiment of the present invention.

La figura 17 es un diagrama que ilustra un devanado de armadura de una máquina eléctrica rotativa de CA de acuerdo con el cuarto modo de realización de la presente invención.FIG. 17 is a diagram illustrating an armature winding of an AC rotating electrical machine in accordance with the fourth embodiment of the present invention.

La figura 18 es un diagrama de bloque de control que ilustra el cuarto modo de realización de la presente invención.Figure 18 is a control block diagram illustrating the fourth embodiment of the present invention.

La figura 19 es un diagrama de bloque de control que ilustra un quinto modo de realización de la presente invención.Figure 19 is a control block diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.

La figura 20 es un diagrama de secuencia de operación que ilustra el quinto modo de realización de la presente invención.Figure 20 is an operation sequence diagram illustrating the fifth embodiment of the present invention.

La figura 21 es un diagrama que ilustra un devanado de armadura de una máquina eléctrica rotativa de CA convencional (una sola zona de fase de 60 grados conectada por estrella).Fig. 21 is a diagram illustrating an armature winding of a conventional AC rotating electrical machine (a single star connected 60 degree phase zone).

La figura 22 es un diagrama que ilustra un devanado de armadura de una máquina eléctrica rotativa de CA convencional (una doble zona de fase de 60 grados conectada por estrella).Fig. 22 is a diagram illustrating an armature winding of a conventional AC rotating electrical machine (a star connected 60 degree double phase zone).

La figura 23 es un diagrama que ilustra un devanado de armadura de una máquina eléctrica rotativa de CA convencional (una doble zona de fase de 120 grados conectada por estrella). Fig. 23 is a diagram illustrating an armature winding of a conventional AC rotating electrical machine (a star connected 120 degree double phase zone).

Descripción de modos de realizaciónDescription of modes of implementation

Modos de realización de un aparato generador-motor de velocidad variable y un sistema generador-motor de velocidad variable según la presente invención se describirán ahora en detalle con referencia a los dibujos. Debe tenerse en cuenta que la presente invención no está limitada por los modos de realización.Embodiments of a variable speed generator-motor apparatus and a variable speed generator-motor system according to the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited by the embodiments.

(Primer modo de realización)(First mode of realization)

La figura 1 es un diagrama de circuito que ilustra un primer modo de realización de la presente invención.Figure 1 is a circuit diagram illustrating a first embodiment of the present invention.

Hay una fuente de alimentación de CC 101A y una máquina eléctrica rotativa de CA 102A. La máquina eléctrica rotativa de CA 102A incluye dos conjuntos de conexiones en estrella y está provista de terminales trifásicos (RP, SP, TP) y terminales trifásicos (RN, SN, TN), donde los puntos neutros de los dos conjuntos de conexiones en estrella están unidas entre sí para que se extiendan al terminal N y se conecten a tierra a través de una alta resistencia. Hay seis brazos (104RP, 104SP, 104TP, 104RN, 104SN, 104TN), cada uno de los cuales incluye dos terminales (a, b) y está formado por N etapas de terminales de salida conectadas en serie (x, y) de convertidores de unidades 103 de un convertidor MMC, donde los terminales b de los tres brazos (104RP, 104SP, 104TP) están conectados en estrella al primer terminal (P) de la fuente de alimentación de CC 101A y los terminales a de los brazos están conectados a los tres terminales de fase (RP, SP, TP) de la máquina eléctrica rotativa de CA 102A. Los terminales a de los tres brazos restantes (104RN, 104SN, 104TN) están conectados en estrella al segundo terminal (N) de la fuente de alimentación de CC 101A y los terminales b de los brazos están conectados a los terminales trifásicos (RN, SN, TN) de la máquina eléctrica rotativa de CA 102A.There is a 101A DC power supply and a 102A AC rotary electric machine. The AC 102A rotary electric machine includes two sets of star connections and is provided with three-phase terminals (RP, SP, TP) and three-phase terminals (RN, SN, TN), where the neutral points of the two sets of star connections they are bonded together so that they extend to terminal N and are connected to ground through a high resistance. There are six arms (104RP, 104SP, 104TP, 104RN, 104SN, 104TN), each of which includes two terminals (a, b) and is made up of N series-connected output terminal stages (x, y) of converters of units 103 of an MMC converter, where the b terminals of the three arms (104RP, 104SP, 104TP) are star connected to the first terminal (P) of the DC power supply 101A and the arms terminals a are connected to the three phase terminals (RP, SP, TP) of the AC 102A rotating electrical machine. Terminals a of the remaining three arms (104RN, 104SN, 104TN) are star connected to the second terminal (N) of DC power supply 101A and terminals b of the arms are connected to three-phase terminals (RN, SN , TN) of the rotary electric machine of CA 102A.

Un dispositivo de control 105A recibe una señal de cada uno de los transformadores de corriente CC 106 que mide la corriente de salida de los seis brazos, un transformador de tensión CC 107A que mide la tensión de línea a través de los terminales trifásicos (RP, SP, TP), un transformador de tensión CC 107B mide la tensión de línea a través de los terminales trifásicos (RN, SN, TN) y un detector de fase 108 que mide la fase rotacional 0 expresada en grados eléctricos, y luego realiza una operación de control para emitir señales de puerta (PuertaP*, PuertaN*) a los convertidores de la unidad 103. Unos seccionadores 109A y 109B están cerrados durante la operación normal y están abiertos durante el mantenimiento. El detector de fase 108 también puede estimar la fase rotacional 0 realizando una operación vectorial sobre la base de las tensiones de línea medidas por los transformadores de tensión CC 107a y 107B y las señales de corriente de los transformadores de corriente CC 106.A control device 105A receives a signal from each of the DC current transformers 106 that measures the output current of the six arms, a DC voltage transformer 107A that measures the line voltage across the three-phase terminals (RP, SP, TP), a voltage transformer CC 107B measures the line voltage across the three-phase terminals (RN, SN, TN) and a phase detector 108 that measures the rotational phase 0 expressed in electrical degrees, and then performs a control operation to output gate signals (GateP *, GateN *) to the converters of unit 103. Disconnectors 109A and 109B are closed during normal operation and open during maintenance. The phase detector 108 can also estimate the rotational phase 0 by performing a vector operation on the basis of the line voltages measured by the DC voltage transformer 107 and 107B and the current signals of the current transformers 106 CC.

La literatura de patente 5 divulga un procedimiento para realizar una operación vectorial en una señal de CA que cambia con la velocidad/frecuencia de rotación, así como un procedimiento para calcular la fase de la tensión inducida interna correspondiente a la fase de rotación 0 en base a una señal de tensión y una señal de corriente. La figura 2 es un diagrama de circuito del convertidor de unidad 103 de acuerdo con el primer modo de realización. El convertidor de unidad 103 está configurado de tal manera que un dispositivo de conmutación 201 y un dispositivo de conmutación 202 que forman un circuito de interruptor bidireccional están conectados a un condensador 203, que funciona como un elemento de almacenamiento de energía que tiene características de fuente de tensión. El convertidor de unidad 103 realiza el control PWM con una señal de puerta de entrada, desde un cable de fibra óptica 204A conectado al dispositivo de control 105A, a un controlador de puerta 207A para los dispositivos de conmutación 201 y 202 a través de un elemento de conversión fotoeléctrica 205A y un circuito de conversión serie-paralelo 206A y luego ajusta la tensión promedio a través de los dos terminales (x, y) entre cero y una tensión de condensador VC. Por otro lado, la tensión de condensador VC alimenta una señal analógica emitida por un transformador de tensión CC 208 al dispositivo de control 105A a través del cable de fibra óptica 204A a través de un convertidor analógico-digital 209, un convertidor serie-paralelo 210 y un elemento de conversión electroóptico 211. Con esta configuración, la corriente fluye a través de cualquiera de los dispositivos de conmutación 201 y 202; por lo tanto, la pérdida puede minimizarse.Patent literature 5 discloses a method for performing a vector operation on an AC signal that changes with rotation speed / frequency, as well as a method for calculating the phase of the internal induced voltage corresponding to the rotation phase 0 on the basis to a voltage signal and a current signal. Fig. 2 is a circuit diagram of the unit converter 103 according to the first embodiment. The unit converter 103 is configured such that a switching device 201 and a switching device 202 that form a bidirectional switch circuit are connected to a capacitor 203, which functions as an energy storage element having source characteristics. tensile. Drive converter 103 performs PWM control with an input gate signal, from a fiber optic cable 204A connected to control device 105A, to a gate controller 207A for switching devices 201 and 202 through an element photoelectric conversion converter 205A and a series-parallel conversion circuit 206A and then adjusts the average voltage across the two terminals (x, y) between zero and a capacitor voltage VC. On the other hand, the capacitor voltage VC feeds an analog signal emitted by a DC voltage transformer 208 to the control device 105A through the fiber optic cable 204A through an analog-digital converter 209, a series-parallel converter 210 and an electro-optical conversion element 211. With this configuration, current flows through any of the switching devices 201 and 202; therefore, the loss can be minimized.

La figura 3 es un diagrama de circuito de otra forma del convertidor de unidad 103 de acuerdo con el primer modo de realización. Un convertidor de unidad 103B incluye dispositivos de conmutación 212, 213, 214 y 215 que forman un circuito puente completo en lugar del circuito de interruptor bidireccional ilustrado en la figura 2. Con esta configuración, con la tensión del condensador como VC, la tensión promedio en los terminales (x, y) se puede ajustar entre -VC y VC.Fig. 3 is a circuit diagram of another form of the unit converter 103 according to the first embodiment. A unit converter 103B includes switching devices 212, 213, 214 and 215 that form a complete bridge circuit instead of the bi-directional switch circuit illustrated in Figure 2. With this configuration, with the capacitor voltage as VC, the average voltage at the (x, y) terminals you can set between -VC and VC.

La figura 4 ilustra un ejemplo de un devanado de armadura de la máquina eléctrica rotativa de CA y la conexión de terminal de acuerdo con el primer modo de realización. Por motivos de simplicidad, la figura ilustra un ejemplo de un motor de dos polos con 18 ranuras, que está cerca de una configuración mínima. Además, una máquina síncrona de polo destacado ilustrada en este caso para facilitar la comprensión de una relación con un sistema de campo puede ser una máquina síncrona cilíndrica o una máquina de inducción. Fig. 4 illustrates an example of an armature winding of the AC rotating electrical machine and the terminal connection according to the first embodiment. For the sake of simplicity, the figure illustrates an example of a two-pole 18-slot motor, which is close to a minimum configuration. Furthermore, a high-pole synchronous machine illustrated here to facilitate understanding of a relationship with a field system may be a cylindrical synchronous machine or an induction machine.

A continuación se describe que el devanado y la configuración del terminal en la figura 4 puede implementarse cambiando las conexiones de los extremos de la bobina y extrayendo terminales sobre la base de la configuración del devanado y los terminales ilustrados en la figura 21.It is described below that the winding and terminal configuration in Figure 4 can be implemented by changing the coil end connections and removing terminals based on the winding configuration and terminals illustrated in Figure 21.

Las figuras 21 y 4 tienen una configuración de zona de fase de 60 grados formada por una bobina de doble capa y no hay cambio en las porciones de la bobina que pasan a través de las ranuras. En la figura 21, que ilustra la configuración antes de la alteración, tiene una conexión de estrella única normal de terminales trifásicos (R, S, T), donde las bobinas que generan un campo magnético de polaridad positiva/inversa en un espacio están conectadas en serie. En la figura 4, que ilustra la configuración después de la alteración, tiene dos conjuntos de terminales trifásicos (RP, SP, TP) y (Rn, SN, TN).Figures 21 and 4 have a 60 degree phase zone configuration formed by a double layer coil and there is no change in the portions of the coil that pass through the slots. In figure 21, which illustrates the configuration before the alteration, you have a normal single star connection of three-phase terminals (R, S, T), where the coils generating a magnetic field of positive / reverse polarity in a space are connected serially. In figure 4, which illustrates the configuration after alteration, you have two sets of three-phase terminals (RP, SP, TP) and (Rn, SN, TN).

Como se describió anteriormente, la alteración implica un cambio en las conexiones de los extremos de la bobina del devanado de armadura y una extracción adicional de los tres terminales. El cambio en las conexiones reduce a la mitad el número de vueltas de los devanados trifásicos, por lo que la tensión de la línea es igual a la mitad del valor antes de la alteración. La capacidad actual de la bobina de la armadura no cambia debido a la alteración. Sin embargo, la forma en que se usa la capacidad de corriente cambia debido a la alteración.As described above, the alteration involves a change in the connections of the ends of the armature winding coil and a further removal of the three terminals. The change in the connections halves the number of turns of the three-phase windings, so that the line voltage is equal to half the value before the alteration. The current capacity of the armature coil does not change due to alteration. However, the way the current capacity is used changes due to disturbance.

A continuación se describe un caso en el que se utiliza una máquina síncrona como máquina eléctrica rotativa de CA. La frecuencia de la corriente antes de la alteración corresponde a la frecuencia del sistema de CA, donde el valor efectivo de la corriente es igual al cuadrado de la suma de raíces del componente de potencia activa y el componente de potencia reactiva. La corriente después de la alteración es igual al cuadrado de la suma de raíces del valor efectivo del componente de frecuencia de salida de un convertidor de potencia y el valor promedio de la corriente continua. En principio, las tensiones de fase de los dos conjuntos de terminales trifásicos están en fase y tienen el mismo valor efectivo. Donde los signos de las corrientes alternas (IRP_AC, ISP_AC, ITP_AC) y (IRN_AC, ISN_AC, ITN_AC) que fluyen a través de dos conjuntos de devanados se definen en la figura 1, las corrientes están en fases opuestas y tienen un valor efectivo igual. El factor de potencia de la corriente alterna se controla de manera que se convierta en unidad. Aquí, se supone que VCA indica la tensión de fase CA del convertidor de potencia, ICA indica el valor efectivo de la corriente e ICC denota la corriente continua que se triseca para los devanados de las fases respectivas. Con VCC que indica la tensión de salida de la fuente de alimentación de CC 101A, la relación con una capacidad de salida P se convierte en (P = 6 * VCA * ICA = VCC * ICC), en la cual la pérdida de la máquina eléctrica rotativa de CA y el convertidor de potencia es ignorado. La relación de (ICC/3) a ICA varía dependiendo de las capacidades de los condensadores 203 de los convertidores de unidad 103 y del procedimiento de operación en el momento del fallo de alimentación y también de cuál de los convertidores de unidad en las figuras 2 y 3 se usa.The following describes a case where a synchronous machine is used as a rotating AC electric machine. The frequency of the current before the disturbance corresponds to the frequency of the AC system, where the effective value of the current is equal to the square of the sum of the roots of the active power component and the reactive power component. The current after alteration is equal to the square of the sum of the roots of the effective value of the output frequency component of a power converter and the average value of the direct current. In principle, the phase voltages of the two sets of three-phase terminals are in phase and have the same effective value. Where the signs of the alternating currents (IRP_AC, ISP_AC, ITP_AC) and (IRN_AC, ISN_AC, ITN_AC) flowing through two sets of windings are defined in figure 1, the currents are in opposite phases and have equal effective value . The power factor of alternating current is controlled so that it becomes unity. Here, VAC is assumed to indicate the AC phase voltage of the power converter, ICA indicates the effective value of the current, and ICC denotes the direct current that is tripled for the windings of the respective phases. With VCC indicating the output voltage of the DC power supply 101A, the relationship with an output capacity P becomes (P = 6 * VAC * ICA = VCC * ICC), at which the loss of the machine rotary AC electric and power converter is ignored. The ratio of (ICC / 3) to ICA varies depending on the capacities of the capacitors 203 of the unit converters 103 and the operating procedure at the time of the power failure and also which of the unit converters in figures 2 and 3 is used.

En general, la relación de (ICC/3) aumenta y un factor de potencia equivalente disminuye cuando se reduce la capacidad del condensador 203, el factor de utilización de la tensión del condensador VC se reduce al reducir los límites superior e inferior del factor de modulación PWM del convertidor de la unidad para aumentar la disponibilidad (continuidad de operación) en el momento de fallo de energía, y el circuito de interruptor bidireccional en la figura 2 se utiliza como el convertidor de la unidad con importancia dada en la eficiencia del convertidor de potencia. Cuando la proporción de (ICC/3) está diseñada para ser alta, la proporción es aproximadamente igual a (ICC/3)/ICA = 0,5. Como resultado, el factor de potencia equivalente se reduce a aproximadamente 0,9 con ICA como componente activo de la capacidad actual que contribuye a la salida y CC superpuesta (ICC/3) como componente reactivo. Este valor no implica un esquema del convertidor MMC.In general, the ratio of (ICC / 3) increases and an equivalent power factor decreases when the capacitor 203 capacity is reduced, the capacitor voltage utilization factor VC is reduced by reducing the upper and lower limits of the factor PWM modulation of the drive converter to increase availability (continuity of operation) at the time of power failure, and the bidirectional switch circuit in figure 2 is used as the drive converter with importance given to the efficiency of the converter power. When the ratio of (ICC / 3) is designed to be high, the ratio is approximately equal to (ICC / 3) / ICA = 0.5. As a result, the equivalent power factor is reduced to approximately 0.9 with ICA as the active component of the current capacity contributing to the output and superimposed DC (ICC / 3) as the reactive component. This value does not imply a schematic of the MMC converter.

Como resultado, cuando el factor de potencia nominal de la máquina síncrona antes de la alteración es igual a 0,9 o menos, se puede garantizar la misma potencia de salida activa después de la alteración. El factor de potencia no se puede ajustar cuando se usa una máquina de inducción como la máquina eléctrica rotativa de CA, en cuyo caso la salida de potencia activa después de la alteración se reduce a un valor multiplicado por el factor de potencia equivalente del convertidor MMC.As a result, when the nominal power factor of the synchronous machine before the disturbance is equal to 0.9 or less, the same active output power after the disturbance can be guaranteed. The power factor cannot be adjusted when using an induction machine such as AC rotary electric machine, in which case the active power output after alteration is reduced to a value multiplied by the equivalent power factor of the MMC converter. .

La figura 5 es un diagrama de bloques de control del dispositivo de control 105A de acuerdo con el primer modo de realización.Figure 5 is a control block diagram of the control device 105A according to the first embodiment.

Una unidad de cálculo de tensión de fase 501A calcula la señal de tensión de fase a partir de dos conjuntos de señales de detección de tensión de línea trifásica. Una unidad de cálculo de velocidad 502 calcula una frecuencia de velocidad de rotación w en base al valor actual de la fase de rotación 0 y el número de muestras Np de una señal en fase en un período anterior. Aquí, donde At indica un período de muestreo, existe una relación w = 2 * n/(Np * At).A phase voltage calculating unit 501A calculates the phase voltage signal from two sets of three-phase line voltage detection signals. A speed calculating unit 502 calculates a rotation speed frequency w based on the current value of rotation phase 0 and the number of samples Np of an in-phase signal in a previous period. Here, where At indicates a sampling period, there is a relationship w = 2 * n / (Np * At).

Una unidad de cálculo de promedio móvil 503A calcula el ICC de corriente continua encontrando el promedio móvil de la suma de la corriente alterna trifásica (IRP, ISP, ITP) Np veces. Un convertidor d-q 504P realiza un cálculo de acuerdo con la expresión 1, y un convertidor d-q 504N realiza un cálculo de acuerdo con la expresión 2. Debe tenerse en cuenta que la secuencia de fases es RST en este caso.A moving average calculation unit 503A calculates the direct current ICC by finding the moving average of the sum of the three-phase alternating current (IRP, ISP, ITP) Np times. A d-q converter 504P performs a calculation according to expression 1, and a d-q converter 504N performs a calculation according to expression 2. It should be noted that the phase sequence is RST in this case.

[Expresión 1] [Expression 1]

eos 8 cos(8-27i/3) eoseos 8 cos (8-27i / 3) eos

Figure imgf000009_0002
sin6 sin {9 - 2ti/3) sin
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0002
sin6 sin {9 - 2ti / 3) sin
Figure imgf000009_0001

. . . (expresión 1). . . (expression 1)

[Expresión 2][Expression 2]

IRNIRN

cosO eos {8 - 27i/3j eos (0 271/3)cosO eos {8 - 27i / 3j eos (0 271/3)

ISNISN

Figure imgf000009_0003
sin0 sin (0 - 2tc/ 3) sin (9 2s/3)
Figure imgf000009_0003
sin0 sin (0 - 2 tc / 3) sin (9 2s / 3)

fTNfTN

■■• (expresión 2}■■ • (expression 2}

Una unidad de cálculo de potencia 505A emplea un procedimiento de coordenadas simétricas instantáneas para calcular la potencia activa P y la potencia reactiva Q a partir de una señal de fase rotacional, una señal de tensión de fase y una señal de corriente alterna.A power calculating unit 505A employs an instantaneous symmetric coordinate method to calculate the active power P and the reactive power Q from a rotational phase signal, a phase voltage signal, and an alternating current signal.

Una unidad de ajuste de potencia activa 506A y una unidad de ajuste de potencia reactiva 507A emiten comandos de corriente ID* e IQ*, de modo que los valores de comando P* y Q* se corresponden con los valores calculados P y Q, respectivamente. Una unidad de ajuste de corriente alterna 508A realiza una operación de control de tal manera que uno de los valores de comando obtenidos al bisecar el valor de comando ID* corresponde con un valor medido/calculado IDP y un valor de comando obtenido al invertir la polaridad de otro de los valores de comando corresponde con un valor medido/calculado IQP, y realiza una operación de control de manera que uno de los valores de comando obtenidos dividiendo el valor de comando IQ* corresponde con un valor medido/calculado IQP y un valor de comando obtenido al invertir la polaridad de otro de los valores del comando corresponden con un valor medido/calculado IQN. Una unidad de ajuste de corriente continua 509A realiza una operación de control tal que un comando de CC ICC* obtenido dividiendo un valor de comando de salida P* por una tensión de salida VCC* de una fuente de alimentación de CC que corresponde con el valor medido/calculado ICC.An active power setting unit 506A and a reactive power setting unit 507A issue current commands ID * and IQ *, so that the command values P * and Q * correspond to the calculated values P and Q, respectively . A 508A AC setting unit performs a control operation such that one of the command values obtained by bisecting the command value ID * corresponds to a measured / calculated value IDP and a command value obtained by reversing the polarity of another of the command values corresponds to a measured / calculated value IQP, and performs a control operation so that one of the command values obtained by dividing the command value IQ * corresponds to a measured / calculated value IQP and a value The command value obtained by inverting the polarity of another of the command values corresponds to a measured / calculated value IQN. A DC setting unit 509A performs a control operation such that a DC command ICC * obtained by dividing an output command value P * by an output voltage VCC * from a DC power supply corresponding to the value measured / calculated ICC.

En el presente modo de realización, el grado de libertad de una ruta de corriente es cinco, donde hay cuatro calculadoras de integración en la unidad de ajuste de corriente alterna 508A y hay una calculadora de integración en la unidad de ajuste de corriente continua 509A. El total de cinco calculadoras de integración corresponde a los cinco grados de libertad de la ruta actual. Por lo tanto, todos los integradores pueden mantener independientemente la desviación de entrada a cero. Los convertidores d-q inversos 510P y 510N realizan un cálculo de acuerdo con la expresión 3.In the present embodiment, the degree of freedom of a current path is five, where there are four integration calculators in the AC setting unit 508A and there is an integration calculator in the DC setting unit 509A. The total of five integration calculators corresponds to the five degrees of freedom of the current route. Therefore, all integrators can independently keep the input deviation at zero. Inverse d-q converters 510P and 510N perform a calculation according to expression 3.

[Expresión 3][Expression 3]

Figure imgf000009_0004
Figure imgf000009_0004

Se proporciona una unidad de cálculo de corrección de comando de tensión de CC 511P para los brazos 104RP, 104SP y 104TP y una unidad de cálculo de corrección de comando de tensión de CC 511N para los brazos 104RN, 104SN y 104TN, donde las unidades de cálculo dan salida a los comandos de tensión de salida VRP*, VSP*, VTP*, VRN*, VSN* y VTN* correspondientes a los brazos.A DC voltage command correction calculation unit 511P is provided for arms 104RP, 104SP and 104TP and a DC voltage command correction calculation unit 511N for arms 104RN, 104SN and 104TN, where the units of The calculation outputs the VRP *, VSP *, VTP *, VRN *, VSN * and VTN * output voltage commands corresponding to the arms.

En consecuencia, los terminales trifásicos (RP, SP, TP) y los terminales trifásicos (RN, SN, TN) de la máquina eléctrica rotativa de CA 102A tienen tensiones de fase aproximadamente iguales de (VR*, VS*, VT*); por lo tanto, los comandos de tensión de salida para los brazos 104RP y 104RN están dados aproximadamente por VRP* = VR* (1/2) x VCC yConsequently, the three-phase terminals (RP, SP, TP) and the three-phase terminals (RN, SN, TN) of the rotating AC electric machine 102A have approximately equal phase voltages of (VR *, VS *, VT *); therefore, the output voltage commands for arms 104RP and 104RN are roughly given by VRP * = VR * (1/2) x VCC y

VRN* = -VR* (1/2) x VCC, respectivamente. VRN * = -VR * (1/2) x VCC, respectively.

Las unidades de cálculo PWM 512P y 512N, por lo tanto, emiten comandos de puerta PuertaP* y PuertaN* sobre la base de esos comandos de tensión de salida y la tensión de condensador VC del convertidor de unidad 103. (Segundo modo de realización)The PWM 512P and 512N computing units therefore issue gate commands GateP * and GateN * based on those output voltage commands and the capacitor voltage VC of unit converter 103. (Second embodiment)

La figura 6 es un diagrama de circuito que ilustra un segundo modo de realización de la presente invención. Hay una fuente de alimentación de CC 101A y una máquina eléctrica rotativa de CA 102B. La máquina eléctrica rotativa de CA 102B incluye un conjunto de conexión en estrella y está provista de terminales trifásicos (R, S, T), donde el punto neutro de la conexión en estrella se extrae al terminal N para conectarse al segundo terminal (N) de la fuente de alimentación de CC 101A. Hay tres brazos (604R, 604S, 604T), cada uno de los cuales incluye dos terminales (a, b) y está formado por N etapas de terminales de salida conectadas en serie (x, y) de los convertidores de unidad 103 de un convertidor MMC, donde los terminales a de los tres brazos están conectados a los terminales trifásicos (R, S, T) de la máquina eléctrica rotativa de CA 102B y los terminales b de los brazos están conectados en estrella al primer terminal (P) de la fuente de alimentación de CC 101A.Figure 6 is a circuit diagram illustrating a second embodiment of the present invention. There is a DC power supply 101A and a rotary AC machine 102B. The AC 102B rotary electrical machine includes a star connection assembly and is provided with three-phase terminals (R, S, T), where the neutral point of the star connection is drawn to terminal N to connect to the second terminal (N) from the DC power supply 101A. There are three arms (604R, 604S, 604T), each of which includes two terminals (a, b) and is made up of N series connected output terminal stages (x, y) of the 103 unit converters of a MMC converter, where the terminals a of the three arms are connected to the three-phase terminals (R, S, T) of the rotating AC electric machine 102B and the terminals b of the arms are star connected to the first terminal (P) of the DC power supply 101A.

Un dispositivo de control 605A recibe una señal de cada uno de los transformadores de corriente CC 106 que mide la corriente de salida de los tres brazos, un transformador de tensión CC 607 que mide la tensión de línea a través de los terminales trifásicos (R, S, T) y la fase detector 108 que mide la fase rotacional 0 expresada en grados eléctricos, y luego realiza una operación de control para emitir una señal de puerta Puerta* a los convertidores de la unidad 103. Un seccionador 609 está cerrado durante la operación normal y abierto durante el mantenimiento. El detector de fase 108 también puede estimar la fase rotacional 0 realizando una operación vectorial sobre la base de la tensión de línea medida por el transformador de tensión de CC 607 y una señal de corriente de los transformadores de corriente de CC 106. Las figuras 2 o 3 pueden referenciarse como un modo de realización del convertidor de unidad 103.A control device 605A receives a signal from each of the DC current transformers 106 that measures the output current of the three arms, a DC voltage transformer 607 that measures the line voltage across the three-phase terminals (R, S, T) and detector phase 108 which measures the rotational phase 0 expressed in electrical degrees, and then performs a control operation to output a gate signal Gate * to the converters of unit 103. A disconnector 609 is closed during the normal and open operation during maintenance. The phase detector 108 can also estimate the rotational phase 0 by performing a vector operation based on the line voltage measured by the DC voltage transformer 607 and a current signal from the DC current transformers 106. FIGS. 2 or 3 may be referred to as an embodiment of the unit converter 103.

La figura 7 ilustra un ejemplo de un devanado de armadura de la máquina eléctrica rotativa de CA y la conexión de terminal de acuerdo con el segundo modo de realización. Por motivos de simplicidad, la figura ilustra un ejemplo de un motor de dos polos con 18 ranuras, que está cerca de una configuración mínima. Además, una máquina síncrona de polo destacado ilustrada en este caso para facilitar la comprensión de una relación con un sistema de campo puede ser una máquina síncrona cilíndrica o una máquina de inducción.Fig. 7 illustrates an example of an armature winding of the AC rotating electrical machine and the terminal connection according to the second embodiment. For the sake of simplicity, the figure illustrates an example of a two-pole 18-slot motor, which is close to a minimum configuration. Furthermore, a high-pole synchronous machine illustrated here to facilitate understanding of a relationship with a field system may be a cylindrical synchronous machine or an induction machine.

El devanado ilustrado en la figura 7 tiene una configuración de zona de fase de 120 grados formada por una bobina de doble capa. Es una conexión de estrella única normal con los terminales trifásicos (R, S, T) extraídos. A continuación se describe un caso en el que la máquina eléctrica rotativa de CA es una máquina síncrona. La corriente antes de la alteración corresponde a la frecuencia del sistema de CA, donde el valor efectivo de la corriente es igual al cuadrado de la suma de la raíz del componente de potencia activa y el componente de potencia reactiva. La corriente después de la alteración corresponde a la frecuencia de salida de un convertidor de potencia y corriente continua. El factor de potencia de la corriente alterna (IR, IS, IT) se controla de modo que se convierta en unidad. Aquí, se supone que VCA e ICA indican la tensión de fase de CA y el valor efectivo de la corriente del convertidor de potencia, respectivamente, y que ICC indica la corriente continua superpuesta que se triseca para los devanados de las fases respectivas. Con VCC que indica la tensión de salida de la fuente de alimentación de CC 101A, la relación con la capacidad de salida P se convierte en (P = 3 * VCA * ICA = VCC * ICC), en la cual la pérdida de la máquina eléctrica rotativa de CA y el convertidor de potencia es ignorado. La relación de (ICC/3) a ICA es similar al caso en la figura 1 y, por lo tanto, no se describirá para evitar la repetición. Cuando el factor de potencia nominal de la máquina síncrona antes de la alteración es igual a 0,9 o menos, se puede garantizar la misma potencia de salida activa después de la alteración. El factor de potencia no se puede ajustar cuando se usa una máquina de inducción como la máquina eléctrica rotativa de CA, en cuyo caso la salida de potencia activa después de la alteración se reduce a un valor multiplicado por el factor de potencia equivalente del convertidor m Mc .The winding illustrated in Figure 7 has a 120 degree phase zone configuration formed by a double layer coil. It is a normal single star connection with the three phase terminals (R, S, T) removed. The following describes a case where the AC rotating electric machine is a synchronous machine. The current before the disturbance corresponds to the frequency of the AC system, where the effective value of the current is equal to the square of the sum of the root of the active power component and the reactive power component. The current after alteration corresponds to the output frequency of a power and direct current converter. The power factor of alternating current (IR, IS, IT) is controlled so that it becomes unity. Here, it is assumed that VAC and ICA indicate the AC phase voltage and the effective value of the power converter current, respectively, and that ICC indicates the superimposed direct current that is tripled for the windings of the respective phases. With VCC indicating the output voltage of the DC power supply 101A, the relation to the output capacity P becomes (P = 3 * VAC * ICA = VCC * ICC), at which the loss of the machine rotary AC electric and power converter is ignored. The ratio of (ICC / 3) to ICA is similar to the case in Figure 1 and therefore will not be described to avoid repetition. When the nominal power factor of the synchronous machine before the disturbance is equal to 0.9 or less, the same active output power after the disturbance can be guaranteed. The power factor cannot be adjusted when using an induction machine such as the AC rotary electric machine, in which case the active power output after alteration is reduced to a value multiplied by the equivalent power factor of the converter m M c .

La figura 8 es un diagrama de bloques de control del dispositivo de control 605A de acuerdo con el segundo modo de realización.Figure 8 is a control block diagram of the control device 605A in accordance with the second embodiment.

Una unidad de cálculo de tensión de fase 501B calcula la señal de tensión de fase a partir de la señal de detección de tensión de línea. El dispositivo de control 605A también incluye la unidad de cálculo de velocidad 502 y la unidad de cálculo de promedio móvil 503A que calcula el ICC de corriente continua encontrando el promedio móvil de la suma de la corriente alterna trifásica (IR, IS, IT) Np veces. Un convertidor d-q 504C realiza un cálculo de acuerdo con la expresión 4. Debe tenerse en cuenta que la secuencia de fases es RST en este caso.A phase voltage calculating unit 501B calculates the phase voltage signal from the line voltage detection signal. The control device 605A also includes the speed calculating unit 502 and the moving average calculating unit 503A that calculates the DC ICC by finding the moving average of the sum of the three-phase alternating current (IR, IS, IT) Np times. A d-q converter 504C performs a calculation according to expression 4. It should be noted that the phase sequence is RST in this case.

[Expresión 4] [Expression 4]

IRGO

COS0 cos(G - 2 te/ 3 ) cos(B 2/ 3)COS0 cos (G - 2 te / 3) cos (B 2 / 3)

1S1S

Figure imgf000011_0001
sinfc) sin {9 ~ 2re/3) sín(fl 2n/3)_
Figure imgf000011_0001
sinfc) sin {9 ~ 2re / 3) sin (fl 2n / 3) _

ITITEM

•. ■ (expresión 4}•. ■ (expression 4}

Una unidad de cálculo de potencia 505B emplea el procedimiento de coordenadas simétricas instantáneas para calcular la potencia activa P y la potencia reactiva Q a partir de una señal de tensión de fase y una señal de corriente alterna.A power calculating unit 505B employs the instantaneous symmetric coordinate method to calculate the active power P and the reactive power Q from a phase voltage signal and an alternating current signal.

Una unidad de ajuste de potencia activa 506B y una unidad de ajuste de potencia reactiva 507B emiten comandos de corriente ID* e IQ*, de modo que los valores de comando P* y Q* se corresponden con los valores calculados P y Q, respectivamente. Una unidad de ajuste de corriente alterna 508B realiza una operación de control de modo que los valores de comando ID* e IQ* se corresponden con los valores medidos/calculados ID e IQ, respectivamente. Una unidad de ajuste de corriente continua 509B realiza una operación de control tal que un comando de CC ICC* obtenido dividiendo un valor de comando de salida P* por una tensión de salida VCC* de una fuente de alimentación de CC que corresponde con el valor medido/calculado ICC.An active power adjustment unit 506B and a reactive power adjustment unit 507B issue current commands ID * and IQ *, so that the command values P * and Q * correspond to the calculated values P and Q, respectively . An alternating current setting unit 508B performs a control operation so that the command values ID * and IQ * correspond to the measured / calculated values ID and IQ, respectively. A DC setting unit 509B performs a control operation such that a DC command ICC * obtained by dividing an output command value P * by an output voltage VCC * from a DC power supply corresponding to the value measured / calculated ICC.

En el presente modo de realización, el grado de libertad de una ruta de corriente es tres, donde hay dos calculadoras de integración en la unidad de ajuste de corriente alterna 508B y hay una calculadora de integración en la unidad de ajuste de corriente continua. Esto significa que hay tres calculadoras de integración en total. Por lo tanto, todas las calculadoras de integración pueden mantener independientemente la desviación de entrada a cero. Un convertidor d-q inverso 510C realiza un cálculo de acuerdo con la expresión 3.In the present embodiment, the degree of freedom of a current path is three, where there are two integration calculators in the alternating current adjustment unit 508B and there is one integration calculator in the direct current adjustment unit. This means that there are three integration calculators in total. Therefore, all integration calculators can independently keep the input bias at zero. An inverse d-q converter 510C performs a calculation according to expression 3.

Se proporciona una unidad de cálculo de corrección de comando de tensión de CC 511C para los brazos 604R, 604S y 604T, y la unidad de cálculo emite los comandos de tensión de salida VR*, VS* y VT* correspondientes a los brazos.A DC voltage command correction calculation unit 511C is provided for the 604R, 604S and 604T arms, and the calculating unit issues the output voltage commands VR *, VS * and VT * corresponding to the arms.

En consecuencia, cuando los terminales trifásicos (R, S, T) de la máquina eléctrica rotativa de CA 102B tienen tensiones de fase de (VRG*, VSG* VTG*), el comando de tensión de salida para el brazo 104R viene dado por VR* = VRG* (1/ 2) x VDC. Consequently, when the three-phase terminals (R, S, T) of the AC rotating electrical machine 102B have phase voltages of (VRG *, VSG * VTG *), the output voltage command for arm 104R is given by VR * = VRG * (1/2) x VDC.

Una unidad de cálculo PWM 512C emite así un comando de puerta Puerta* en base a esos comandos de tensión de salida y la tensión de condensador VC del convertidor de unidad 103.A PWM computing unit 512C thus issues a gate command Gate * based on those output voltage commands and the capacitor voltage VC of drive converter 103.

(Tercer modo de realización)(Third mode of realization)

La figura 9 es un diagrama de circuito que ilustra un tercer modo de realización de la presente invención. Aquí, una máquina eléctrica rotativa de CA 902a es una máquina síncrona que incluye un devanado amortiguador. La máquina eléctrica rotativa de CA 902A que incluye dos conjuntos de conexiones en estrella está provista de terminales trifásicos (RP, SP, TP) y terminales trifásicos (RN, SN, TN), donde los puntos neutros de los dos conjuntos de conexiones en estrella están unidas entre sí para que se extiendan al terminal N y se conecten a tierra a través de una alta resistencia.Figure 9 is a circuit diagram illustrating a third embodiment of the present invention. Here, an AC rotating electric machine 902 is a synchronous machine including a damper winding. The AC 902A rotary electrical machine including two sets of star connections is provided with three-phase terminals (RP, SP, TP) and three-phase terminals (RN, SN, TN), where the neutral points of the two sets of star connections they are bonded together so that they extend to terminal N and are connected to ground through a high resistance.

Una fuente de alimentación de CC 901 realiza la conversión de potencia entre los terminales del lado del sistema de CA (A, B, C) y los terminales del lado de CC (P, N). Los terminales laterales del sistema de CA (A, B, C) están conectados a un sistema de CA 903 a través de un interruptor 904.A DC power supply 901 performs power conversion between the AC system side terminals (A, B, C) and the DC side terminals (P, N). The side terminals of the AC system (A, B, C) are connected to an AC system 903 through a switch 904.

La fuente de alimentación de CC 901 incluye además tres conjuntos de terminales de CA (UP, VP, WP), (UM, VM, WM) y (UX, VX, WX). Los terminales de CA (UP, VP, WP) están conectados a los terminales trifásicos (RP, SP, TP) de la máquina eléctrica rotativa de CA 902A a través de un seccionador 905P y un interruptor 906. Los terminales de CA (UM, VM, WM) están conectados a los terminales trifásicos (RN, SN, TN) de la máquina eléctrica rotativa de CA 902A a través de un seccionador 905N. Además, los terminales trifásicos (RP, SP, TP) y los terminales trifásicos (RN, SN, TN) están conectados por los seccionadores 907A y 907B. Los terminales de CA (UX, VX, WX) se ramifican en un sistema de suministro de energía doméstico 920 y un convertidor de potencia de campo 911 a través de un disyuntor de campo 909 y un transformador de campo 910. Un devanado de campo 908 está conectado de forma conmutable por un interruptor 914 conectado a una resistencia 913 y un interruptor 912 conectado al convertidor de potencia de campo 911.The 901 DC power supply also includes three sets of AC terminals (UP, VP, WP), (UM, VM, WM) and (UX, VX, WX). The AC terminals (UP, VP, WP) are connected to the three-phase terminals (RP, SP, TP) of the 902A AC rotating electrical machine through a 905P disconnector and a 906 switch. The AC terminals (UM, VM, WM) are connected to the three-phase terminals (RN, SN, TN) of the AC rotating electrical machine 902A through a disconnector 905N. Furthermore, the three-phase terminals (RP, SP, TP) and the three-phase terminals (RN, SN, TN) are connected by disconnectors 907A and 907B. The AC terminals (UX, VX, WX) branch into a 920 home power supply system and a 911 field power converter through a 909 field breaker and a 910 field transformer. A 908 field winding it is interchangeably connected by a switch 914 connected to a resistor 913 and a switch 912 connected to the field power converter 911.

El sistema de CA 903 está conectado a los terminales de CA (UP, VP, WP) y (UM, VM, WM) a través de un transformador de carga inicial 915, un interruptor de carga inicial 916, una resistencia limitadora de corriente 917 y un interruptor de conexión de carga inicial 918. Se proporciona un disyuntor de derivación 919 para la resistencia limitadora de corriente 917.AC system 903 is connected to AC terminals (UP, VP, WP) and (UM, VM, WM) through a 915 initial load transformer, 916 initial load switch, 917 current limiting resistor and an initial load connection switch 918. A bypass breaker 919 is provided for the current limiting resistor 917.

La figura 10 es un diagrama de circuito que ilustra un modo de realización de una fuente de alimentación de CC 901A que usa el convertidor DIMMC descrito en la literatura de patente 2.FIG. 10 is a circuit diagram illustrating one embodiment of a DC power supply 901A using the DIMMC converter described in patent literature 2.

Los devanados primarios de un transformador 1001 están conectados a los terminales laterales del sistema de CA (A, B, C), y los devanados secundarios y terciarios están conectados a los terminales de CA (UP, VP, WP) y (UM, VM, WM) con conexión de doble estrella. Los terminales de CA (Up, Vp, Wp) del transformador 1001 están conectados a los terminales a de tres brazos de dos terminales (1004UP, 1004VP, 1004WP) cada uno formado por convertidores de unidad conectados en serie 103, y los terminales b de los brazos están conectados en estrella al terminal de CC (P). Por otro lado, los terminales de CA (Um, Vm, Wm) están conectados a los terminales b de tres brazos de dos terminales (1004UM, 1004VM, 1004WM) cada uno formado por convertidores de unidad conectados en serie 103, y los terminales a de los brazos están conectados en estrella al terminal de CC (N). El transformador 1001 está provisto de cuartos devanados conectados en delta que tienen la función de alimentar el suministro de energía de una casa y un circuito de campo, así como la función de suprimir un tercer armónico.The primary windings of a 1001 transformer are connected to the side terminals of the AC system (A, B, C), and the secondary and tertiary windings are connected to the AC terminals (UP, VP, WP) and (UM, VM , WM) with double star connection. The AC terminals (Up, Vp, Wp) of transformer 1001 are connected to terminals a of three two-terminal arms (1004UP, 1004VP, 1004WP) each consisting of unit converters connected in series 103, and terminals b of the arms are star connected to the DC terminal (P). On the other hand, the AC terminals (Um, Vm, Wm) are connected to the terminals b of three arms of two terminals (1004UM, 1004VM, 1004WM) each formed by unit converters connected in series 103, and the terminals a of the arms are star connected to the DC terminal (N). The transformer 1001 is provided with delta-connected fourth windings that have the function of supplying the power supply of a house and a field circuit, as well as the function of suppressing a third harmonic.

La figura 11 es un diagrama de circuito que ilustra otro modo de realización de una fuente de alimentación de CC 901B que usa el convertidor DSMMC descrito en la literatura de patente 1.FIG. 11 is a circuit diagram illustrating another embodiment of a DC power supply 901B using the DSMMC converter described in patent literature 1.

Los números de referencia idénticos a los asignados en la figura 10 indican componentes idénticos, que no se describirán para evitar la repetición.Reference numerals identical to those assigned in Figure 10 indicate identical components, which will not be described to avoid repetition.

Los devanados primarios de un transformador 1002 están conectados a los terminales laterales del sistema de CA (A, B, C), y los terminales (Ut, Vt, Wt) de los devanados secundarios conectados al delta están conectados a los puntos neutros (Ux, Vx, Wx) de tres conjuntos de reactores de tres terminales 1003. Los terminales (Up, Vp, Wp) de los reactores de tres terminales 1003 están conectados a los terminales a de tres brazos de dos terminales (1004UP, 1004VP, 1004WP), cada uno formado por convertidores de unidad conectados en serie 103, y los terminales b de los brazos están conectados en estrella al terminal de CC (P). Por otro lado, los terminales (Um, Vm, Wm) de los reactores de tres terminales 1003 están conectados a los terminales b de tres brazos de dos terminales (1004UM, 1004VM, 1004WM) cada uno formado por convertidores de unidad conectados en serie 103, y los terminales a de los brazos están conectados en estrella al terminal de CC (N). Los devanados secundarios del transformador 1002 alimentan una fuente de alimentación doméstica y un circuito de campo a través de terminales de CA (UX, VX, WX).The primary windings of a transformer 1002 are connected to the side terminals of the AC system (A, B, C), and the terminals (Ut, Vt, Wt) of the secondary windings connected to the delta are connected to the neutral points (Ux , Vx, Wx) of three sets of three-terminal reactors 1003. Terminals (Up, Vp, Wp) of three-terminal reactors 1003 are connected to terminals a of two-terminal three-arm (1004UP, 1004VP, 1004WP) , each consisting of series connected unit converters 103, and the b terminals of the arms are star connected to the DC terminal (P). On the other hand, the terminals (Um, Vm, Wm) of the three-terminal reactors 1003 are connected to the terminals b of three two-terminal arms (1004UM, 1004VM, 1004WM) each formed by unit converters connected in series 103 , and the terminals a of the arms are star connected to the DC terminal (N). The secondary windings of transformer 1002 feed a domestic power supply and a field circuit through AC terminals (UX, VX, WX).

A continuación se describe un procedimiento para cargar el condensador 203 del convertidor de unidad 103 de la fuente de alimentación de CC 901 con la configuración ilustrada en la figura 9. Los seccionadores 905P y 905N se mantienen abiertos durante el período de carga.The following describes a procedure to charge the capacitor 203 of the unit converter 103 of the DC power supply 901 with the configuration illustrated in Figure 9. The disconnectors 905P and 905N are kept open during the charging period.

Cuando el disyuntor de carga inicial 916 y el disyuntor de conexión de carga inicial 918 están cerrados mientras se mantiene abierto el disyuntor de circuito de derivación 919, los condensadores 203 de los convertidores de unidad 103 comienzan a cargarse mientras la resistencia limitadora de corriente 917 suprime la corriente de entrada. El disyuntor de circuito de derivación 919 se cierra entonces para acelerar la carga. El interruptor de conexión de carga inicial 918 se abre una vez que la carga se completa con una tensión de rectificación de diodo a través del terminal de CA del transformador de carga inicial 915, seguido del cierre del interruptor 904 para cargar el transformador 10001 o 1002 de la fuente de alimentación de CC 901, y los convertidores de unidad 103 realizan a continuación el control PWM para cargar los condensadores 203 de manera que la tensión del condensador se impulse a la tensión deseada.When the initial load breaker 916 and the initial load connection breaker 918 are closed while the bypass circuit breaker 919 is held open, the capacitors 203 of the unit converters 103 begin to charge while the current limiting resistor 917 suppresses the input current. Bypass circuit breaker 919 then closes to speed up charging. Initial load connect switch 918 opens once charging is complete with diode rectification voltage across AC terminal of initial load transformer 915, followed by closing switch 904 to load transformer 10001 or 1002 from the DC power supply 901, and the unit converters 103 then perform PWM control to charge the capacitors 203 so that the capacitor voltage is driven to the desired voltage.

A continuación, la fuente de alimentación de CC 901 alimenta a los convertidores de unidad 103 de cada uno de los seis brazos (104RP, 104SP, 104TP, 104RN, 104SN, 104TN) en el lado de la máquina eléctrica rotativa de CA 902A y, por lo tanto, al condensador 203 de cada convertidor de unidad se carga mediante el control PWM. Una vez que se completa la carga de la manera mencionada anteriormente, solo los convertidores de unidad 103 en el lado de la fuente de alimentación de CC 901 pueden accionarse con la máquina eléctrica rotativa de CA 902A deteniéndose para que opere como una unidad de ajuste de potencia reactiva. Cuando una turbina de bomba de Francis se conecta directamente a la máquina eléctrica rotativa de CA 902A, las direcciones de generación de energía y bombeo de agua tienen secuencias de fase invertidas, que sin embargo se pueden cambiar simplemente controlando un convertidor y, por lo tanto, no se requiere un seccionador de inversión de fase.Next, the DC power supply 901 powers the unit converters 103 of each of the six arms (104RP, 104SP, 104TP, 104RN, 104SN, 104TN) on the side of the AC 902A rotary electric machine and, therefore, the capacitor 203 of each unit converter is charged by the PWM control. Once charging is completed in the aforementioned manner, only the unit converters 103 on the DC power supply side 901 can be driven with the AC rotary electric machine 902A stopping to operate as a power setting unit. reactive power. When a Francis pump turbine is connected directly to the AC 902A rotary electric machine, the directions of power generation and water pumping have reversed phase sequences, which however can be changed simply by controlling a converter, and thus , a phase reversal disconnect is not required.

De acuerdo con el presente modo de realización, todos los convertidores de la unidad ya están cargados y, por lo tanto, pueden iniciarse rápidamente para operaciones en las direcciones de rotación de la generación de energía y la operación eléctrica. According to the present embodiment, all converters of the unit are already charged and therefore can be quickly started for operations in the rotational directions of power generation and electrical operation.

La figura 12 ilustra un ejemplo de un devanado de armadura de la máquina eléctrica rotativa de CA y la conexión de terminal de acuerdo con el tercer modo de realización. Por motivos de simplicidad, la figura ilustra un ejemplo de un motor de cuatro polos con 36 ranuras, que está cerca de una configuración mínima. Además, una máquina síncrona de polo destacado ilustrada en este caso para mostrar una relación con un sistema de campo puede ser una máquina síncrona de campo cilíndrica o una máquina de inducción.Fig. 12 illustrates an example of an armature winding of the AC rotary electrical machine and the terminal connection according to the third embodiment. For simplicity, the figure illustrates an example of a 36-slot four-pole motor, which is close to a minimum configuration. Furthermore, a high-pole synchronous machine illustrated here to show a relationship with a field system may be a cylindrical field synchronous machine or an induction machine.

El devanado y la configuración del terminal en la figura 12 puede implementarse simplemente haciendo un cambio en los extremos de la bobina de los devanados y la configuración del terminal ilustrada en la figura 22. La figura 22 ilustra un motor de cuatro polos conectado en estrella doble con una configuración de zona de fase de 60 grados compuesta por una bobina general de doble capa. La figura ilustra un ejemplo de tres devanados en el lado del polo positivo y tres devanados en el lado del polo negativo, lo que da un total de seis devanados en cada fase. La conexión en estrella tiene un doble paralelo por un cruce interpolar.The winding and terminal configuration in Figure 12 can be implemented simply by making a change to the coil ends of the windings and the terminal configuration illustrated in Figure 22. Figure 22 illustrates a double star connected four pole motor With a 60 degree phase zone configuration composed of a general double layer coil. The figure illustrates an example of three windings on the positive pole side and three windings on the negative pole side, giving a total of six windings in each phase. The star connection has a double parallel by an interpolar crossing.

Por otro lado, el devanado de un conjunto de terminales trifásicos (RP, SP, TP) en la figura 12 tiene dos polos positivos conectados en serie para proporcionar un total de seis devanados. El devanado del otro conjunto de terminales trifásicos (RN, SN, TN) tiene dos polos negativos conectados en serie para proporcionar un total de seis devanados.On the other hand, the winding of a set of three-phase terminals (RP, SP, TP) in Figure 12 has two positive poles connected in series to provide a total of six windings. The winding of the other set of three-phase terminals (RN, SN, TN) has two negative poles connected in series to provide a total of six windings.

De acuerdo con el modo de realización en la figura 12, el número de devanados no cambia antes y después de la alteración; por lo tanto, se puede mantener la tensión nominal. En consecuencia, se puede usar un dispositivo como el interruptor 906. Cuando el modo de realización ilustrada en la figura 11 se adopta como la fuente de alimentación de CC, la tensión del terminal en el lado secundario del transformador 1002 no cambia antes y después de la alteración; por lo tanto, se puede usar el transformador 1002.According to the embodiment in figure 12, the number of windings does not change before and after the alteration; therefore, the rated voltage can be maintained. Consequently, a device such as switch 906 can be used. When the embodiment illustrated in Fig. 11 is adopted as the DC power supply, the terminal voltage on the secondary side of transformer 1002 does not change before and after the alteration; therefore, transformer 1002 can be used.

La configuración ilustrada en la figura 9 permite la operación sin pasar por el convertidor MMC. Específicamente, los seccionadores 905P y 905N, el interruptor 906 y los seccionadores 907A y 907B están cerrados para permitir que la máquina eléctrica rotativa de CA 902A opere como un generador trifásico de doble estrella. Cuando se va a conectar una turbina de bomba de Francis directamente a la máquina, la conexión se puede hacer de tal manera que la secuencia de fases siga la dirección de generación de energía y, por lo tanto, la máquina pueda realizar una operación de generación de energía sin pasar por el convertidor MMC.The configuration illustrated in figure 9 allows operation without going through the MMC converter. Specifically, the 905P and 905N disconnectors, the 906 switch, and the 907A and 907B disconnectors are closed to allow the 902A AC rotating electrical machine to operate as a three-phase, double-star generator. When a Francis pump turbine is to be connected directly to the machine, the connection can be made in such a way that the phase sequence follows the power generation direction and therefore the machine can perform a generating operation. of power without going through the MMC converter.

La figura 13 es un diagrama de bloques de control de un dispositivo de control 905 de acuerdo con el tercer modo de realización. Los números de referencia idénticos a los asignados en la figura 5 indican componentes idénticos, que no se describirán para evitar la repetición.Figure 13 is a control block diagram of a control device 905 in accordance with the third embodiment. Reference numerals identical to those assigned in Figure 5 indicate identical components, which will not be described to avoid repetition.

Un interruptor de comando (SW1) 1301 conmuta un comando entre una frecuencia de inicio fija wS y una frecuencia de velocidad de rotación w. Un generador de comando de corriente 1302 emite una ID* de comando de corriente proporcional a la frecuencia de velocidad de rotación w. Un generador de comando de corriente 1303 emite ID* = 0. Un interruptor de comando (SW2) 1304 realiza selectivamente el cambio entre la unidad de ajuste de potencia activa 506A, el generador de comando de corriente 1302 y el generador de comando de corriente 1303 para emitir la ID* de comando de corriente.A command switch (SW1) 1301 toggles a command between a fixed start frequency wS and a rotational speed frequency w. A current command generator 1302 outputs a current command ID * proportional to the rotational speed frequency w. A current command generator 1303 outputs ID * = 0. A command switch (SW2) 1304 selectively performs the switch between the active power setting unit 506A, the current command generator 1302 and the current command generator 1303 to issue the stream command ID *.

Un interruptor de comando (SW3) 1305 realiza selectivamente la conmutación entre un comando de potencia activa P* y una medición de potencia activa P. Una unidad de cálculo de potencia 1306 está configurada de tal manera que la salida de un valor efectivo de tensión de línea VGM del generador-motor de CA 902A es agregado a la unidad de cálculo de potencia 505. Un generador de comando de tensión 1307 genera un comando de tensión VGM* proporcional a la frecuencia de velocidad de rotación w, se proporciona una unidad de ajuste de tensión 1308 para el generador-motor de CA 902A, y un generador de comando de corriente 1309 emite IQ* = 0. Un interruptor de comando (SW4) 1310 realiza selectivamente la conmutación entre la unidad de ajuste de tensión 1308, el generador de comando de corriente 1309 y la unidad de ajuste de potencia reactiva 507A para emitir el comando de corriente IQ*.A command switch (SW3) 1305 selectively performs the switching between an active power command P * and an active power measurement P. A power calculation unit 1306 is configured in such a way that the output of an effective voltage value of VGM line of AC generator-motor 902A is added to power calculating unit 505. A voltage command generator 1307 generates a voltage command VGM * proportional to the frequency of rotation speed w, an adjustment unit is provided of voltage 1308 for the AC motor generator 902A, and a current command generator 1309 outputs IQ * = 0. A command switch (SW4) 1310 selectively performs the switching between the voltage adjustment unit 1308, the generator of current command 1309 and reactive power setting unit 507A to issue current command IQ *.

La figura 14 ilustra un procedimiento para arrancar el aparato generador-motor de corriente alterna en el modo de realización mencionado anteriormente ilustrado en las figuras 9 y 13.Figure 14 illustrates a procedure for starting the alternating current generator-motor apparatus in the aforementioned embodiment illustrated in Figures 9 and 13.

Primero, se describirá un procedimiento para arrancar la máquina en modo motor.First, a procedure for starting the machine in engine mode will be described.

En el momento Tm1 en la figura 14, los condensadores de los convertidores de unidad 103 ya están cargados por adelantado, el interruptor 904 está cerrado y los seccionadores 905P, 905N, 907A y 907B se mantienen abiertos.At time Tm1 in FIG. 14, the capacitors of the unit converters 103 are already charged in advance, the switch 904 is closed, and the disconnectors 905P, 905N, 907A, and 907B are kept open.

Un interruptor CBE2 está cerrado (ENCENDIDO), un interruptor CBE3 está abierto (APAGADO), el interruptor de comando SW1 está configurado en el lado fijo del comando de velocidad constante wS, y el interruptor de comando SW2 está en el lado de un comando ID* (ID* = kw) proporcional a la velocidad. El interruptor de comando SW3 se establece en el lado de la medición de potencia activa P, y el interruptor de comando SW4 se establece en IQ* = 0. A CBE2 switch is closed (ON), a CBE3 switch is open (OFF), the command switch SW1 is set on the fixed side of the constant speed command wS, and the command switch SW2 is on the side of an ID command * (ID * = kw) proportional to speed. The command switch SW3 is set to the active power measurement side P, and the command switch SW4 is set to IQ * = 0.

Cuando el convertidor MMC se inicia en el momento Tm2 en el estado mencionado anteriormente (MMC control_ENCENDIDO), la máquina eléctrica rotativa de CA 902A se inicia en un modo de máquina de inducción mediante un devanado amortiguador. El convertidor MMC se detiene temporalmente (MMC control_APAGADO) cuando la velocidad de rotación alcanza un valor equivalente al valor establecido wS en el momento Tm3, momento en el cual el CBE3 se cierra para conectarse al convertidor de potencia de campo 911. Luego, en el momento Tm4, el CBE2 se abre para desconectar la resistencia 913. Al mismo tiempo, el interruptor de comando SW1 se cambia al lado de la frecuencia de velocidad de rotación w (velocidad de rotación w) y el inte rruptor de comando SW4 se cambia al lado de salida (AVR) de la unidad de ajuste de tensión 1308. Esto hace que cada uno de los comandos ID* y IQ* generen un valor de comando proporcional a la velocidad. Al mismo tiempo, se inicia el control de campo. Cuando se inicia el control del convertidor MMC (MMC control_ENCENDIDO) en el tiempo Tm5 mientras se mantiene el estado mencionado anteriormente, la máquina comienza a acelerar con el par sincrónico de la máquina. Una vez que la velocidad de rotación w entra en un rango de operación de velocidad variable, la salida del interruptor de comando SW2 se cambia a ID* = 0 temporalmente en el momento Tm6, luego en el momento Tm7, el interruptor de comando SW2 se establece en el lado de salida (APR) de la unidad de ajuste de potencia activa, el interruptor de comando SW3 se establece en el lado del comando P*, y el interruptor de comando SW4 se establece en el lado de salida (AQR) de la unidad de ajuste de potencia reactiva, haciendo que la máquina ingrese en la operación en un modo de motor de velocidad variable normal.When the MMC converter is started at the time Tm2 in the above-mentioned state (MMC control_ON), the AC rotating electric machine 902A is started in an induction machine mode by a damping winding. The MMC converter stops temporarily (MMC control_OFF) when the rotation speed reaches a value equivalent to the set value wS at time Tm3, at which point the CBE3 closes to connect to the field power converter 911. Then, at the moment Tm4, CBE2 opens to disconnect resistor 913. At the same time, the command switch SW1 is switched to the side of the frequency of rotation speed w (rotation speed w) and the command switch SW4 is switched to output side (AVR) of the voltage adjusting unit 1308. This causes each of the ID * and IQ * commands to generate a command value proportional to speed. At the same time, field control starts. When the control of the MMC converter (MMC control_ON) is started at time Tm5 while maintaining the state mentioned above, the machine starts to accelerate with the synchronous torque of the machine. Once the rotation speed w enters a variable speed operating range, the output of the command switch SW2 is switched to ID * = 0 temporarily at time Tm6, then at time Tm7, the command switch SW2 is switched set to the output side (APR) of the active power setting unit, the command switch SW3 is set to the command side P *, and the command switch SW4 is set to the output side (AQR) of reactive power adjusting unit, causing the machine to enter operation in a normal variable speed motor mode.

De acuerdo con el presente modo de realización descrito anteriormente, la máquina puede realizar un arranque automático en el modo motor sin depender de un dispositivo de arranque.According to the present embodiment described above, the machine can perform an automatic start in engine mode without depending on a starting device.

A continuación, se describirá un procedimiento para iniciar la máquina en modo generador.Next, a procedure for starting the machine in generator mode will be described.

En Tg1 en la figura 14, los condensadores 203 de los convertidores de unidad 103 ya están cargados por adelantado, el interruptor 904 está cerrado y los seccionadores 905P, 905N, 907A y 907B se mantienen abiertos. El interruptor CBE2 está abierto, el interruptor CBE3 está cerrado, el interruptor de comando SW1 no se usa (fijado a un lado ya que la salida no está determinada) y el interruptor de comando SW2 está en el lado de ID* = 0. El interruptor de comando SW3 se configura al lado de la medición de potencia activa P, y el interruptor de comando SW4 se configura al lado de salida de la unidad de ajuste de tensión.At Tg1 in FIG. 14, the capacitors 203 of the unit converters 103 are already charged in advance, the switch 904 is closed, and the disconnectors 905P, 905N, 907A and 907B are kept open. The CBE2 switch is open, the CBE3 switch is closed, the SW1 command switch is not used (set to one side as the output is not determined), and the SW2 command switch is on the side of ID * = 0. The Command switch SW3 is set to the active power measurement P side, and command switch SW4 is set to the output side of the voltage setting unit.

En el modo generador, la velocidad de rotación es controlada por un regulador de velocidad de un motor conectado directamente a la máquina eléctrica rotativa de CA 902A, de modo que la máquina se enciende y acelera con un par motor en el lado del motor.In generator mode, the rotational speed is controlled by a speed regulator of a motor connected directly to the AC 902A rotary electric machine, so that the machine is started and accelerated with a torque on the motor side.

En el estado mencionado anteriormente, en Tg1, la máquina acelera mientras el regulador de velocidad en el lado del motor ajusta la velocidad. La máquina eléctrica rotativa de CA 902A permanece descargada. Después de que la velocidad de rotación alcanza un rango de velocidad variable, un comando de velocidad de rotación para el regulador de velocidad se mantiene constante en Tg2. En este momento, una señal de fase 0 corresponde a una fase rotacional; por lo tanto, la fase de tensión inducida en el terminal de la máquina eléctrica rotativa de CA 902A y la fase del comando de tensión están en fase entre sí. En Tg3, el control MMC se inicia mientras que al mismo tiempo el interruptor de comando SW4 se cambia al lado de la unidad de ajuste de potencia reactiva. Luego, en Tg4, el interruptor de comando SW2 se cambia al lado de salida de la unidad de ajuste de potencia activa, y el interruptor de comando SW3 se cambia al lado del comando de potencia activa P*, lo que hace que la máquina ingrese a la operación en un estado normal modo generador de velocidad variable. (Cuarto modo de realización)In the state mentioned above, in Tg1, the machine accelerates while the speed regulator on the motor side adjusts the speed. The AC 902A rotary electric machine remains unloaded. After the rotational speed reaches a variable speed range, a rotational speed command for the speed regulator remains constant at Tg2. At this time, a phase 0 signal corresponds to a rotational phase; therefore, the voltage phase induced at the terminal of the AC rotating electrical machine 902A and the voltage command phase are in phase with each other. In Tg3, the MMC control starts while at the same time the command switch SW4 is switched to the reactive power setting unit side. Then in Tg4, the command switch SW2 is switched to the output side of the active power setting unit, and the command switch SW3 is switched to the side of the active power command P *, which causes the machine to input to operation in a normal state variable speed generator mode. (Fourth mode of realization)

La figura 15 es un diagrama de circuito que ilustra un cuarto modo de realización de la presente invención. Los números de referencia idénticos a los asignados en las figuras 6 y 9 indican componentes idénticos. Dichos componentes no se describirán para evitar la repetición. Aquí, una máquina eléctrica rotativa de CA 1502A es una máquina síncrona que incluye un devanado amortiguador.Figure 15 is a circuit diagram illustrating a fourth embodiment of the present invention. Reference numbers identical to those assigned in Figures 6 and 9 indicate identical components. These components will not be described to avoid repetition. Here, an AC 1502A rotating electric machine is a synchronous machine that includes a damper winding.

La máquina eléctrica rotativa de CA 1502A que incluye dos conjuntos de conexiones en estrella está provista de terminales trifásicos (R1, S1, T1) y terminales trifásicos (R2, S2, T2), donde los puntos neutros de los dos conjuntos de estrellas las conexiones están unidas entre sí para que se extiendan al terminal N y se conecten al segundo terminal (N) de una fuente de alimentación de c C 1501. Hay seis brazos (1504R1, 1504S1, 1504T1, 1504R2, 1504S2, 1504T2), cada uno de los cuales incluye dos terminales (a, b) y está formado por N etapas de terminales de salida conectadas en serie (x, y) de los convertidores de unidades 103 de un convertidor MMC, donde los terminales b de los tres brazos (1504R1, 1504S1, 1504T1) están conectados en estrella al primer terminal (P) de la fuente de alimentación de CC 1501 y los terminales a de los brazos están conectados a los tres terminales de fase (R1, S1, T1) de la máquina eléctrica rotativa de CA 1502A. Los terminales a de los tres brazos restantes (1504R2, 1504S2, 1504T2) están conectados en estrella al primer terminal (P) de la fuente de alimentación de CC 1501 y los terminales a de los brazos están conectados a los terminales trifásicos (R2, S2, T2) de la máquina eléctrica rotativa de CA 1502A. AC 1502A rotary electric machine including two sets of star connections is provided with three-phase terminals (R1, S1, T1) and three-phase terminals (R2, S2, T2), where the neutral points of the two sets of stars the connections are linked together so that they extend to the N terminal and connect to the second (N) terminal of a 1501 c power supply. There are six arms (1504R1, 1504S1, 1504T1, 1504R2, 1504S2, 1504T2), each of which includes two terminals (a, b) and is formed by N stages of output terminals connected in series (x, y) of the unit converters 103 of an MMC converter, where the b terminals of the three arms (1504R1, 1504S1, 1504T1) are connected in star to the first terminal (P) of the DC power supply 1501 and the terminals a of the arms are connected to the three phase terminals (R1, S1, T1) of the rotating electrical machine of CA 1502A. Terminals a of the remaining three arms (1504R2, 1504S2, 1504T2) are star connected to the first terminal (P) of DC power supply 1501 and terminals a of the arms are connected to three-phase terminals (R2, S2 , T2) of the AC 1502A rotary electric machine.

Un dispositivo de control 1605 recibe una señal de cada uno de los seis transformadores de corriente CC 106, un transformador de tensión CC 107C que mide la tensión de línea a través de los terminales trifásicos (R1, S1, T1), un transformador de tensión CC 107D que mide la tensión de línea los terminales trifásicos (R2, S2, T2) y el detector de fase 108 que mide la fase rotacional 0 expresada en grados eléctricos, y luego realiza una operación de control para emitir señales de puerta (Puerta1*, Puerta2*) a los convertidores de la unidad 103. Un seccionador 1505 está cerrado durante la operación normal y abierto durante el mantenimiento. Un seccionador 1507 está abierto durante la operación normal y cerrado durante la operación de derivación.A control device 1605 receives a signal from each of the six current transformers CC 106, a voltage transformer CC 107C that measures the line voltage across the three-phase terminals (R1, S1, T1), a voltage transformer CC 107D that measures the line voltage of the three-phase terminals (R2, S2, T2) and the phase detector 108 that measures the rotational phase 0 expressed in electrical degrees, and then performs a control operation to output gate signals (Gate1 * , Gate2 *) to the converters of unit 103. A disconnector 1505 is closed during normal operation and open during maintenance. A disconnector 1507 is open during normal operation and closed during bypass operation.

La fuente de alimentación de CC 1501 realiza la conversión de potencia entre los terminales del lado del sistema de CA (A, B, C) y los terminales del lado de CC (P, N). Los terminales laterales del sistema de CA (A, B, C) están conectados al sistema de CA 903 a través del interruptor 904.DC power supply 1501 performs power conversion between the AC system side terminals (A, B, C) and the DC side terminals (P, N). The side terminals of the AC system (A, B, C) are connected to the AC system 903 through the switch 904.

La fuente de alimentación de CC 1501 incluye además dos conjuntos de terminales de CA (U, V, W) y (UX, VX, WX). Los terminales de CA (U, V, W) se ramifican en el seccionador 1507 a través del seccionador 1505 y un interruptor 1506 y luego se conectan a los dos conjuntos de terminales trifásicos (R1, S1, T1) y (R2, S2, T2) de la máquina eléctrica rotativa de corriente alterna. Los terminales de CA (UX, VX, WX) se ramifican en el sistema de suministro de energía doméstico 920 y el convertidor de potencia de campo 911 a través del disyuntor de campo 909 y el transformador de campo 910. El devanado de campo 908 está conectado de forma conmutable por el interruptor 914 conectado a la resistencia 913 y el interruptor 912 conectado al convertidor de potencia de campo 911.The 1501 DC power supply also includes two sets of AC terminals (U, V, W) and (UX, VX, WX). The AC terminals (U, V, W) branch on switch 1507 through switch 1505 and a switch 1506 and then connect to the two sets of 3-phase terminals (R1, S1, T1) and (R2, S2, T2) of the alternating current rotating electric machine. The AC terminals (UX, VX, WX) branch into the 920 home power supply system and the 911 field power converter through the 909 field breaker and the 910 field transformer. The 908 field winding is Switchable connected by switch 914 connected to resistor 913 and switch 912 connected to field power converter 911.

El sistema de CA 903 está conectado a los terminales de CA (U, V, W) a través del transformador de carga inicial 915, el interruptor de carga inicial 916, la resistencia limitadora de corriente 917 y un interruptor de conexión de carga inicial 1518. Se proporciona el disyuntor de derivación 919 para la resistencia limitadora de corriente 917. La figura 16 es un diagrama de circuito que ilustra un modo de realización de la fuente de alimentación de CC 1501 que usa el convertidor ZCMMC descrito en la literatura de patente 3.The AC system 903 is connected to the AC terminals (U, V, W) through the initial load transformer 915, the initial load switch 916, the current limiting resistor 917 and an initial load connection switch 1518 Bypass breaker 919 is provided for current limiting resistor 917. Figure 16 is a circuit diagram illustrating one embodiment of DC power supply 1501 using the ZCMMC converter described in patent literature 3 .

Los devanados primarios de un transformador 1601 están conectados a los terminales laterales del sistema de CA (A, B, C), y los devanados secundarios y terciarios están conectados en zigzag para conectarse a los terminales de CA (U, V, W). Los terminales de CA (U, V, W) del transformador 1601 están conectados a los terminales a de tres brazos de dos terminales (1602U, 1602V, 1602W) cada uno formado por convertidores de unidad conectados en serie 103, y los terminales b de los brazos están conectados en estrella al terminal de CC (P). Por otro lado, el punto neutro de la conexión en zigzag está conectado al terminal de CC (N). El transformador 1601 está provisto de un devanado conectado en delta que tiene la función de alimentar el suministro de energía de una casa y un circuito de campo, así como la función de suprimir un tercer armónico. La figura 17 ilustra un ejemplo de un devanado de armadura de la máquina eléctrica rotativa de CA y la conexión de terminal de acuerdo con el cuarto modo de realización. Por motivos de simplicidad, la figura ilustra un ejemplo de un motor de cuatro polos con 36 ranuras, que está cerca de una configuración mínima. Además, una máquina síncrona de polo destacado ilustrada en este caso para mostrar una relación con un sistema de campo puede ser una máquina síncrona de campo cilíndrica o una máquina de inducción.The primary windings of a 1601 transformer are connected to the side terminals of the AC system (A, B, C), and the secondary and tertiary windings are connected in a zigzag to connect to the AC terminals (U, V, W). The AC terminals (U, V, W) of transformer 1601 are connected to terminals a of three two-terminal arms (1602U, 1602V, 1602W) each consisting of series connected unit converters 103, and terminals b of the arms are star connected to the DC terminal (P). On the other hand, the neutral point of the zigzag connection is connected to the DC terminal (N). The transformer 1601 is provided with a delta-connected winding that has the function of supplying the power supply of a house and a field circuit, as well as the function of suppressing a third harmonic. Fig. 17 illustrates an example of an armature winding of the AC rotating electrical machine and the terminal connection according to the fourth embodiment. For simplicity, the figure illustrates an example of a 36-slot four-pole motor, which is close to a minimum configuration. Furthermore, a high-pole synchronous machine illustrated here to show a relationship with a field system may be a cylindrical field synchronous machine or an induction machine.

El devanado y la configuración del terminal en la figura 17 puede implementarse simplemente haciendo un cambio en los extremos de la bobina de los devanados y la configuración del terminal ilustrada en la figura 23. La figura 23 ilustra un motor de cuatro polos conectado en estrella doble con una configuración de zona de fase de 120 grados compuesta por una bobina general de doble capa. El ejemplo ilustrado en la figura tiene seis devanados para cada fase. La conexión en estrella tiene un doble paralelo por un cruce interpolar.The winding and terminal configuration in Figure 17 can be implemented by simply making a change to the coil ends of the windings and the terminal configuration illustrated in Figure 23. Figure 23 illustrates a double star connected four pole motor With a 120 degree phase zone configuration composed of a general double layer coil. The example illustrated in the figure has six windings for each phase. The star connection has a double parallel by an interpolar crossing.

Por otro lado, en la figura 17, la conexión de doble estrella se divide en dos conjuntos para extraer terminales independientes, donde el número de devanados de cada uno del primer conjunto de terminales trifásicos (R1, S1, T1) y el segundo conjunto de terminales trifásicos (R2, S2, T2) es seis en total como con la figura 23.On the other hand, in figure 17, the double star connection is divided into two sets to extract independent terminals, where the number of windings of each of the first set of three-phase terminals (R1, S1, T1) and the second set of Three phase terminals (R2, S2, T2) is six in total as with figure 23.

De acuerdo con el modo de realización en la figura 17, el número de devanados no cambia antes y después de la alteración; por lo tanto, se puede mantener la tensión nominal. En consecuencia, se puede usar un dispositivo como el interruptor 1506.According to the embodiment in Figure 17, the number of windings does not change before and after the alteration; therefore, the rated voltage can be maintained. Consequently, a device such as switch 1506 can be used.

La configuración ilustrada en la figura 15 permite la operación sin pasar por el convertidor MMC. Específicamente, el seccionador 1505, el interruptor 1506 y el seccionador 1507 están cerrados para permitir que la máquina eléctrica rotativa de CA 1502A funcione como un generador trifásico de doble estrella. Cuando se va a conectar una turbina de bomba de Francis directamente a la máquina, la conexión se puede hacer de tal manera que la secuencia de fases siga la dirección de generación de energía y, por lo tanto, la máquina pueda realizar una operación de generación de energía sin pasar por el convertidor m Mc . The configuration illustrated in figure 15 allows operation without going through the MMC converter. Specifically, disconnector 1505, switch 1506, and disconnector 1507 are closed to allow rotating AC electrical machine 1502A to operate as a three-phase, double-star generator. When a Francis pump turbine is to be connected directly to the machine, the connection can be made in such a way that the phase sequence follows the power generation direction and therefore the machine can perform a generating operation. of energy without going through the converter m Mc.

De acuerdo con el modo de realización en la figura 17, cuando la conexión en estrella está en paralelo mientras se aumenta la capacidad de corriente de la máquina eléctrica rotativa de CA 1502A, la corriente que fluye a través de cada brazo se puede reducir dividiendo el devanado paralelo en partes iguales y extrayendo los terminales divididos. Esto permite reducir el número de conexiones paralelas de los dispositivos de conmutación en el convertidor de unidad 103; por lo tanto, la configuración puede simplificarse y la fiabilidad puede mejorarse. La figura 18 es un diagrama de bloques de control del dispositivo de control 1605 de acuerdo con el cuarto modo de realización. Los números de referencia idénticos a los asignados en las figuras 5 y 8 indican componentes idénticos, que no se describirán para evitar la repetición.According to the embodiment in Fig. 17, when the star connection is in parallel while increasing the current capacity of the AC 1502A rotating electrical machine, the current flowing through each arm can be reduced by dividing the parallel winding in equal parts and pulling out the split terminals. This makes it possible to reduce the number of parallel connections of the switching devices in the unit converter 103; therefore, the configuration can be simplified and the reliability can be improved. Figure 18 is a control block diagram of the control device 1605 according to the fourth embodiment. Reference numbers identical to those assigned in Figures 5 and 8 indicate identical components, which will not be described to avoid repetition.

Una unidad de cálculo de tensión de fase 1801A calcula la señal de tensión de fase a partir de una señal de detección de tensión de línea. El dispositivo de control 1605 también incluye la unidad de cálculo de velocidad 502 y las unidades de cálculo de promedio móvil 503A y 503B que calculan las corrientes continuas ICC1 e ICC2 al encontrar el promedio móvil de la suma de los dos conjuntos de corriente alterna trifásica (IR1, IS1, IT1) y (IR2, IS2, IT2) Np veces. Los convertidores D-q 1804A y 1804B realizan un cálculo de acuerdo con la expresión 4 a la salida (ID1, IQ1) y (ID2, IQ2), respectivamente. Debe tenerse en cuenta que la secuencia de fases es RST en este caso.A phase voltage calculating unit 1801A calculates the phase voltage signal from a line voltage sense signal. The 1605 control device also includes the speed calculating unit 502 and the moving average calculating units 503A and 503B that calculate the direct currents ICC1 and ICC2 by finding the moving average of the sum of the two sets of three-phase alternating current ( IR1, IS1, IT1) and (IR2, IS2, IT2) Np times. The D-q converters 1804A and 1804B perform a calculation according to expression 4 to the output (ID1, IQ1) and (ID2, IQ2), respectively. It should be noted that the phase sequence is RST in this case.

Una unidad de cálculo de potencia 1806 emplea un procedimiento de coordenadas simétricas instantáneas para calcular la potencia activa P y la potencia reactiva Q a partir de una señal de tensión de fase y una señal de corriente alterna.A power calculating unit 1806 employs an instantaneous symmetric coordinate method to calculate the active power P and the reactive power Q from a phase voltage signal and an alternating current signal.

La unidad de ajuste de potencia activa 506B y la unidad de ajuste de potencia reactiva 507B emiten los comandos de corriente ID* e IQ* de modo que un comando de potencia activa P* y un comando de potencia reactiva Q* se corresponden con los valores calculados P y Q, respectivamente. La unidad de ajuste de corriente alterna 508B realiza una operación de control de tal manera que los valores de comando obtenidos al biseccionar el ID* de comando de corriente se corresponden con los valores medidos/calculados ID1 e IQ1, respectivamente, y realiza una operación de control tal que los valores de comando obtenidos al bisecar el comando de corriente IQ* corresponde con los valores medidos/calculados ID2 e IQ2, respectivamente. Fuera de las unidades de ajuste de corriente continua 1809A y 1809B, la unidad de ajuste de corriente continua 1809A realiza una operación de control tal que los valores de comando obtenidos dividiendo un comando de CC ICC* que se obtiene dividiendo un valor de comando de salida P* por un comando de tensión de salida VCC* de la fuente de alimentación de CC corresponde al valor medido/calculado ICC1 y la unidad de ajuste de corriente continua 1809B realiza una operación de control de tal manera que los valores de comando obtenidos dividiendo el comando de CC ICC* que se obtiene dividiendo el valor de comando de salida P* por el comando de tensión de salida VCC* de la fuente de alimentación de CC corresponde con el valor medido/calculado ICC2.Active power adjusting unit 506B and reactive power adjusting unit 507B issue current commands ID * and IQ * so that an active power command P * and a reactive power command Q * correspond to the values calculated P and Q, respectively. The AC current setting unit 508B performs a control operation such that the command values obtained by bisecting the current command ID * correspond to the measured / calculated values ID1 and IQ1, respectively, and performs a control such that the command values obtained by bisecting the current command IQ * correspond to the measured / calculated values ID2 and IQ2, respectively. Outside of the DC setting units 1809A and 1809B, the DC setting unit 1809A performs a control operation such that the command values obtained by dividing a DC command ICC * which is obtained by dividing an output command value P * by an output voltage command VCC * from the DC power supply corresponds to the measured / calculated value ICC1 and the direct current setting unit 1809B performs a control operation such that the command values obtained by dividing the DC command ICC * which is obtained by dividing the output command value P * by the output voltage command VCC * from the DC power supply corresponds to the measured / calculated value ICC2.

En el presente modo de realización, el grado de libertad de una ruta de corriente es seis, donde hay cuatro calculadoras de integración en la unidad de ajuste de corriente alterna 508B y hay dos calculadoras de integración en la unidad de ajuste de corriente continua. Esto significa que hay seis calculadoras en total. Por lo tanto, todas las calculadoras de integración pueden mantener independientemente la desviación de entrada a cero. Cada uno de los convertidores d-q inversos 1810C y 1810D realiza un cálculo de acuerdo con la expresión 3.In the present embodiment, the degree of freedom of a current path is six, where there are four integration calculators in the alternating current adjustment unit 508B and there are two integration calculators in the direct current adjustment unit. This means that there are six calculators in total. Therefore, all integration calculators can independently keep the input bias at zero. Each of the inverse d-q converters 1810C and 1810D performs a calculation according to Expression 3.

Se proporciona una unidad de cálculo de corrección de comando de tensión de CC 1811A para los brazos 1504R1, 1504S1 y 1504T1, y la unidad de cálculo emite comandos de tensión de salida VR1*, Vs 1* y VT1*. Se proporciona una unidad de cálculo de corrección de comando de tensión de CC 1811B para los brazos 1504R2, 1504S2 y 1504T2, y la unidad de cálculo emite comandos de tensión de salida VR2*, VS2* y VT2*.A DC voltage command correction computing unit 1811A is provided for arms 1504R1, 1504S1, and 1504T1, and the computing unit issues output voltage commands VR1 *, Vs 1 *, and VT1 *. A DC voltage command correction computing unit 1811B is provided for arms 1504R2, 1504S2, and 1504T2, and the computing unit issues output voltage commands VR2 *, VS2 *, and VT2 *.

En consecuencia, cuando los terminales trifásicos (R1, S1, T1) y (R2, S2, T2) de los dos conjuntos de bobinados paralelos de la máquina eléctrica rotativa de CA 1502A tienen tensiones de fase iguales de (VR*, VS* VT*), los comandos de tensión de salida VR1* y VR2* para los brazos 1504R1 y 1504R2 están dados porConsequently, when the three-phase terminals (R1, S1, T1) and (R2, S2, T2) of the two sets of parallel windings of the 1502A AC rotating electrical machine have equal phase voltages of (VR *, VS * VT *), the output voltage commands VR1 * and VR2 * for arms 1504R1 and 1504R2 are given by

Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001

respectivamente.respectively.

Las unidades de cálculo PWM 1812A y 1812B emiten así los comandos de puerta Puerta1* y Puerta2* sobre la base de esos comandos de tensión de salida y la tensión de condensador VC de los convertidores de unidad 103. The PWM calculation units 1812A and 1812B thus issue the gate commands Gate1 * and Gate2 * based on those output voltage commands and the capacitor voltage VC of the unit converters 103.

(Quinto modo de realización)(Fifth mode of realization)

La figura 19 es un diagrama de bloques de control del dispositivo de control 905 de acuerdo con el quinto modo de realización. Los números de referencia idénticos a los asignados en la figura 13 indican componentes idénticos, que no se describirán para evitar la repetición.Figure 19 is a control block diagram of the control device 905 according to the fifth embodiment. Reference numbers identical to those assigned in Figure 13 indicate identical components, which will not be described to avoid repetition.

En el presente modo de realización, una bomba o una turbina de bomba reversible está conectada directamente a una máquina síncrona 902A que incluye un devanado de amortiguador de acuerdo con un sistema de la presente invención, donde se proporciona una válvula de sellado en el lado de descarga de la bomba o la bomba de turbina reversible. Un generador de comando de velocidad de rotación 1901 recibe una señal de cabeza de bomba total Hp y emite una velocidad wp a la cual la entrada Pp en el momento en que se establece la presión del agua corresponde con la entrada del motor Pm en el momento de la aceleración determinada por las características del sistema de motor-generador de velocidad variable. El generador de comando de velocidad de rotación puede simplificarse como un generador de comando que genera un valor fijo cuando el rango de fluctuación de la altura total de la bomba es pequeño. Una unidad de ajuste de velocidad de rotación 1902 ajusta una ID* de comando de corriente tal que la variación entre un comando de velocidad de rotación wp* y una frecuencia de velocidad de rotación w es igual a cero. Un interruptor de comando (SW5) 1903 cambia el iD* del comando de corriente en función del comando de velocidad de rotación wp* y la frecuencia de velocidad de rotación w, que son criterios.In the present embodiment, a reversible pump or pump turbine is directly connected to a synchronous machine 902A that includes a damper winding in accordance with a system of the present invention, where a sealing valve is provided on the side of pump discharge or reversible turbine pump. A rotational speed command generator 1901 receives a total pump head signal Hp and outputs a speed wp at which the input Pp at the time the water pressure is established corresponds to the motor input Pm at the time of acceleration determined by the characteristics of the variable speed motor-generator system. The rotational speed command generator can be simplified as a command generator that generates a fixed value when the fluctuation range of the total head of the pump is small. A rotation speed setting unit 1902 sets a current command ID * such that the variation between a rotation speed command wp * and a rotation speed frequency w is equal to zero. A command switch (SW5) 1903 changes the iD * of the current command based on the rotational speed command wp * and the rotational speed frequency w, which are criteria.

La figura 20 ilustra un procedimiento de arranque del sistema generador-motor de corriente alterna en los modos de realización mencionados anteriormente ilustrados en las figuras 9 y 19. Los números de referencia idénticos a los asignados en la figura 14 indican componentes idénticos, que no se describirán para evitar la repetición. Figure 20 illustrates a starting procedure of the alternating current generator-motor system in the aforementioned embodiments illustrated in Figures 9 and 19. Reference numerals identical to those assigned in Figure 14 indicate identical components, which are not describe to avoid repetition.

Cuando el convertidor MMC se inicia en el momento Tm2 (MMC control_ENCENDIDO), la máquina eléctrica rotativa de CA 902A se inicia en un modo de máquina de inducción mediante un devanado amortiguador para que la potencia activa Pm comience a aumentar desde cero. El convertidor MMC se detiene temporalmente (MMC control_APAGADO) cuando la velocidad de rotación w alcanza un valor equivalente a un valor establecido wS en el momento Tm3, momento en el cual la potencia activa Pm vuelve a cero. Un CBE3 está cerrado para conectarse al convertidor de potencia de campo 911. Luego, en el momento Tm4, un CBE2 se abre para desconectar la resistencia 913. Al mismo tiempo, un interruptor de comando SW1 se cambia al lado de la frecuencia de velocidad de rotación w mientras que un interruptor de comando SW4 se cambia al lado de salida (AVR) de la unidad de ajuste de tensión 1308. Esto hace que cada uno de los comandos ID* y IQ* generen un valor de comando proporcional a la velocidad. El control de campo se inicia al mismo tiempo (control de campo_ENCENDIDO). Cuando se inicia el control del convertidor MMC (MMC control_ENCENDIDO) en el tiempo Tm5 mientras se mantiene el estado mencionado anteriormente, la máquina comienza a acelerar con el par sincrónico de la máquina. La tensión y la corriente en este período son proporcionales a la velocidad de rotación w, de modo que la entrada del motor Pm aumenta en proporción al cuadrado de la velocidad de rotación w. Por otro lado, la entrada Pp en el momento en que se establece la presión del agua aumenta gradualmente de acuerdo con la velocidad de rotación w pero en un grado menor que el cambio en la entrada del motor Pm; por lo tanto, ciertamente existe la velocidad de rotación w a la cual los dos se corresponden entre sí. Si bien este valor varía de acuerdo con el rango del cabezal total de la bomba o la tasa específica de turbomaquinaria, el valor cae empíricamente entre el 50 % y el 90 % cuando la velocidad de rotación a la entrada nominal es igual al 100 %. El generador de comando de velocidad 1901 calcula este valor para que se emita como el comando de velocidad de rotación wp*. Una vez que la velocidad de rotación w se acelera hasta el valor de comando wp*, en el momento Tm8, la salida de ID* de comando de corriente desde el interruptor de comando SW5 se cambia a la salida (ASR) de la unidad de ajuste de velocidad de rotación 1902 mientras que al mismo tiempo el interruptor de comando SW4 se cambia al lado de la salida (AQR) de la unidad de ajuste de potencia reactiva 507A. La entrada del motor Pm se reduce temporalmente en el momento Tm8 para detener la aceleración pero, una vez que se abre la válvula de sellado para establecer la presión del agua (válvula de sellado_abierta) en el tiempo Tm9, la entrada del motor Pm aumenta nuevamente en respuesta a un aumento repentino en la bomba o entrada de turbina de bomba Pp. Para evitar la fluctuación de la entrada del motor Pm durante este período, se puede ajustar un tiempo para abrir la válvula de sellado de modo que la diferencia de tiempo ATp entre el tiempo Tm9 y el tiempo Tm8 sea lo más pequeña posible para aumentar la precisión del generador de comando de la velocidad de rotación 1901 y reducir APp. Cuando la fluctuación en la velocidad de rotación en el establecimiento de la presión del agua es establecida por la unidad de ajuste de velocidad de rotación 1902, en el momento Tm10, el interruptor de comando SW5 cambia la ID* de comando de corriente a la salida (APR) de la unidad de ajuste de potencia activa mientras el interruptor de comando SW3 se cambia al lado del comando P*, por lo que la máquina entra en operación en un modo de motor de velocidad variable normal.When the MMC converter starts at time Tm2 (MMC control_ON), the AC rotating electric machine 902A is started in an induction machine mode by a snubber winding so that the active power Pm starts to increase from zero. The MMC converter stops temporarily (MMC control_OFF) when the rotational speed w reaches a value equivalent to a set value wS at time Tm3, at which time the active power Pm returns to zero. A CBE3 is closed to connect to field power converter 911. Then at time Tm4, a CBE2 opens to disconnect resistor 913. At the same time, a command switch SW1 is switched to the speed frequency side of rotation w while a command switch SW4 is switched to the output side (AVR) of the voltage adjusting unit 1308. This causes each of the ID * and IQ * commands to generate a command value proportional to speed. Field control starts at the same time (field control_ON). When the control of the MMC converter (MMC control_ON) is started at time Tm5 while maintaining the state mentioned above, the machine starts to accelerate with the synchronous torque of the machine. The voltage and current in this period are proportional to the rotational speed w, so that the motor input Pm increases in proportion to the square of the rotational speed w. On the other hand, the input Pp at the time the water pressure is set increases gradually according to the rotational speed w but to a lesser degree than the change in the motor input Pm; therefore there is certainly the rotational speed w at which the two correspond to each other. While this value varies according to the range of the total pump head or the specific turbomachinery rate, the value empirically falls between 50% and 90% when the rotational speed at nominal input equals 100%. Speed command generator 1901 calculates this value to be issued as the rotational speed command wp *. Once the rotation speed w is accelerated to the command value wp *, at time Tm8, the current command ID * output from the command switch SW5 is switched to the output (ASR) of the drive unit. rotation speed setting 1902 while at the same time the command switch SW4 is switched to the output side (AQR) of the reactive power setting unit 507A. The motor input Pm is temporarily reduced at time Tm8 to stop acceleration, but once the seal valve is opened to set the water pressure (seal valve_open) at time Tm9, the motor input Pm increases again in response to a sudden increase in the pump or pump turbine input Pp. To avoid fluctuation of the motor input Pm during this period, a time to open the sealing valve can be set so that the time difference ATp between time Tm9 and time Tm8 is as small as possible to increase the accuracy of the rotation speed command generator 1901 and reduce APp. When the fluctuation in the rotation speed in the water pressure setting is set by the rotation speed setting unit 1902, at the time Tm10, the command switch SW5 changes the current command ID * to the output. (APR) of the active power adjustment unit while the command switch SW3 is switched to the command P * side, so the machine enters into operation in a normal variable speed motor mode.

De acuerdo con el presente modo de realización, no se requiere un dispositivo de depresión del nivel del agua ya que se puede asegurar el par de arranque, por lo que la bomba o la turbina de la bomba llena de agua puede acelerar desde el reposo para poder reducir el tiempo de arranque. El tiempo de aceleración también puede reducirse porque la máquina puede funcionar con el límite superior de la capacidad de corriente de salida de los convertidores de unidad 103 durante el período de aceleración. Además, la fluctuación de la entrada del motor en el establecimiento de la presión del agua puede minimizarse; por lo tanto, no se requiere un ajuste de carga o similar del sistema de CA requerido en una bomba convencional; por lo tanto, se puede implementar una operación flexible.According to the present embodiment, a water level depression device is not required as the starting torque can be ensured, whereby the pump or pump turbine filled with water can accelerate from rest to be able to reduce start-up time. The acceleration time can also be shortened because the machine can operate with the upper limit of the output current capacity of the unit converters 103 during the acceleration period. In addition, the fluctuation of the motor input in setting the water pressure can be minimized; therefore no load adjustment is required or similar to the AC system required in a conventional pump; therefore, flexible operation can be implemented.

Si bien la máquina eléctrica rotativa de CA trifásica se ha descrito como un ejemplo en los modos de realización mencionados anteriormente, no es necesario decir que los modos de realización de la presente invención se pueden usar también para una máquina eléctrica rotativa de CA de fase N. Además, aunque el devanado por vuelta se ha descrito como un ejemplo del procedimiento de devanado en los modos de realización mencionados anteriormente, no es necesario decir que cada realización de la presente invención se puede usar también para el devanado por ondas.While the three-phase AC rotary electric machine has been described as an example in the above-mentioned embodiments, it goes without saying that the embodiments of the present invention can also be used for an N-phase AC rotary electric machine. Furthermore, although twist winding has been described as an example of the winding method in the above-mentioned embodiments, it goes without saying that each embodiment of the present invention can also be used for wave winding.

Lista de signos de referenciaList of reference signs

101A, 901, 901A, 901B, 1501 fuente de alimentación de CC101A, 901, 901A, 901B, 1501 DC power supply

102A, 102B, 902A, 1502A máquina eléctrica rotativa de CA102A, 102B, 902A, 1502A AC rotary electric machine

903 sistema de CA903 AC system

904, 906, 912, 914, 1506 interruptor904, 906, 912, 914, 1506 switch

1001, 1002, 1601 transformador1001, 1002, 1601 transformer

1003 reactor de tres terminales1003 three terminal reactor

920 sistema de alimentación de energía doméstico920 home power supply system

908 bobinado de campo908 field winding

909 disyuntor de campo909 field breaker

910 transformador de campo910 field transformer

911 convertidor de potencia de campo911 field power converter

913 resistencia913 resistance

917 resistencia limitadora de corriente917 current limiting resistor

915 transformador de carga inicial915 initial load transformer

916 interruptor de carga inicial916 initial charge switch

918, 1518 interruptor de conexión de carga inicial918, 1518 initial load connection switch

919 interruptor de circuito de derivación919 Bypass Circuit Breaker

109A, 109B, 609, 905P, 905N, 907A, 907B, 1505, 1507 seccionador109A, 109B, 609, 905P, 905N, 907A, 907B, 1505, 1507 disconnector

104RP, 104SP, 104TP, 104RN, 104SN, 104TN, 604R, 604S, 604T, 1004UP, 1004VP, 1004WP, 1004UM, 1004VM, 1004WM, 1504R1, 1504S1, 1504T1, 1504R2, 1504S2, 1504T2, 1602U, 1602V, 1602W brazo104RP, 104SP, 104TP, 104RN, 104SN, 104TN, 604R, 604S, 604T, 1004UP, 1004VP, 1004WP, 1004UM, 1004VM, 1004WM, 1504R1, 1504S1, 1504T1, 1504R2, 1504S2, 1504T2, 1602W, 1602W arm

106 transformador de corriente de CC106 DC current transformer

107A, 107B, 107C, 107D, 208, 607, 507A, 507B transformador de tensión de CC107A, 107B, 107C, 107D, 208, 607, 507A, 507B DC voltage transformer

103 convertidor de unidades103 unit converter

201, 202, 212, 213, 214, 215 dispositivo de conmutación201, 202, 212, 213, 214, 215 switching device

105A, 605A, 905, 1605 dispositivo de control105A, 605A, 905, 1605 control device

203 condensador203 capacitor

204A, 204B cable de fibra óptica204A, 204B fiber optic cable

205A, 205B elemento de conversión fotoeléctrica 205A, 205B photoelectric conversion element

206A circuito de conversión serie-paralelo206A series-parallel conversion circuit

207A controlador de puerta207A door controller

209 convertidor analógico-digital209 analog-digital converter

210 convertidor serie-paralelo210 series-parallel converter

211 elemento de conversión electroóptico211 electro-optical conversion element

501A, 501B, 1801A unidad de cálculo de tensión de fase501A, 501B, 1801A phase voltage calculating unit

502 unidad de cálculo de velocidad502 speed calculation unit

503A, 503B unidad de cálculo de promedio móvil503A, 503B moving average calculation unit

504P, 504N, 504C, 1804A, 1804B convertidor d-q504P, 504N, 504C, 1804A, 1804B d-q converter

505A, 505B, 1306, 1806 unidad de cálculo de potencia505A, 505B, 1306, 1806 power calculation unit

506A, 506B unidad de ajuste de potencia activa506A, 506B active power adjustment unit

507A, 507B unidad de ajuste de potencia reactiva507A, 507B reactive power adjusting unit

508A, 508B unidad de ajuste de corriente alterna508A, 508B AC drive unit

509A, 509B, 1809A, 1809B unidad de ajuste de corriente continua509A, 509B, 1809A, 1809B direct current setting unit

510P, 510N, 510C, 1810C, 1810D convertidor d-q inverso510P, 510N, 510C, 1810C, 1810D reverse d-q converter

511P, 511N, 511C, 1811A, 1811B unidad de cálculo de corrección de comando de tensión de CC 512P, 512N, 512C, 1812A, 1812B unidad de cálculo PWM511P, 511N, 511C, 1811A, 1811B DC voltage command correction calculation unit 512P, 512N, 512C, 1812A, 1812B PWM calculation unit

1301, 1304, 1305, 1310, 1903 interruptor de comando1301, 1304, 1305, 1310, 1903 command switch

1302, 1303, 1309 generador de comando de corriente1302, 1303, 1309 current command generator

1307 generador de comando de tensión1307 voltage command generator

1308 unidad de ajuste de tensión1308 tension adjusting unit

1901 generador de comando de velocidad de rotación1901 rotational speed command generator

1902 unidad de ajuste de velocidad de rotación 1902 rotation speed adjusting unit

Claims (2)

REIVINDICACIONES 1. Un sistema generador-motor de velocidad variable que comprende un convertidor de potencia conectado a una fuente de alimentación de CC (901), que comprende un polo positivo (P) y un polo negativo (N), y una máquina síncrona trifásica (102B) que tiene bobinas de amortiguación y conectada a un lado de CA a través de tres terminales (R, S, T), en el que los tres terminales (R, S, T) están conectados a puntos neutros (Ux, Vx, Wx) de tres conjuntos de reactores de tres terminales (1003) y están configurados para conectarse a un transformador trifásico (1002), 1. A variable speed generator-motor system comprising a power converter connected to a DC power source (901), comprising a positive pole (P) and a negative pole (N), and a three-phase synchronous machine ( 102B) which has damping coils and connected to an AC side through three terminals (R, S, T), in which the three terminals (R, S, T) are connected to neutral points (Ux, Vx, Wx) of three sets of three-terminal reactors (1003) and are configured to connect to a three-phase transformer (1002), unos primeros terminales (Up, Vp, Wp) de los reactores de tres terminales (1003) están conectados a terminales (a) del lado de la máquina de tres brazos de dos terminales (104RP, 104SP, 104TP) en el lado del polo positivo de un convertidor multinivel modular, MMC, que están formados por k convertidores de unidad de dos terminales conectados en serie (103) que están configurados para emitir una tensión arbitraria a través de un elemento de almacenamiento de energía (203) que tiene la característica de fuente de tensión, donde k es un número natural igual a uno o mayor, y terminales (b) del polo positivo de los brazos están conectados en estrella al polo positivo (P) de la fuente de alimentación de CC (901),some first terminals (Up, Vp, Wp) of the three-terminal reactors (1003) are connected to terminals (a) on the side of the two-terminal three-arm machine (104RP, 104SP, 104TP) on the positive pole side of a modular multilevel converter, MMC, which are made up of k series connected two-terminal unit converters (103) that are configured to output an arbitrary voltage through an energy storage element (203) that has the characteristic of voltage source, where k is a natural number equal to one or greater, and terminals (b) of the positive pole of the arms are star connected to the positive pole (P) of the DC power supply (901), unos segundos terminales (Um, Vm, Wm) de los reactores de tres terminales (1003) están conectados a terminales (b) del lado de la máquina de tres brazos de dos terminales (104RN, 104SN, 104TN) en el lado del polo negativo del convertidor multinivel modular, MMC, que están formados por convertidores de unidad conectados en serie (103), y terminales (a) del lado negativo del polo de los brazos están conectados en estrella al polo negativo (N) de la fuente de alimentación de CC (901), el sistema generador-motor de velocidad variable incluye además:a few second terminals (Um, Vm, Wm) of the three-terminal reactors (1003) are connected to terminals (b) on the side of the two-terminal three-arm machine (104RN, 104SN, 104TN) on the negative pole side of the modular multilevel converter, MMC, which are made up of unit converters connected in series (103), and terminals (a) of the negative side of the pole of the arms are star connected to the negative pole (N) of the power supply of CC (901), the variable speed generator-motor system further includes: un primer controlador (905) configurado para ajustar una frecuencia y una amplitud de corriente suministrada desde el convertidor de potencia a la máquina síncrona (102B) a un valor fijo;a first controller (905) configured to adjust a frequency and amplitude of current supplied from the power converter to the synchronous machine (102B) to a fixed value; un segundo controlador (905) configurado para sincronizar una frecuencia de corriente suministrada desde el convertidor de potencia a la máquina síncrona (102B) con una velocidad de rotación de la máquina síncrona (102B) y para ajustar una amplitud de la corriente a un valor proporcional a la frecuencia; estando el sistema generador-motor de velocidad variable configurado para usar el primer controlador (905) o el segundo controlador (905); ya second controller (905) configured to synchronize a frequency of current supplied from the power converter to the synchronous machine (102B) with a rotation speed of the synchronous machine (102B) and to adjust an amplitude of the current to a proportional value to the frequency; the variable speed generator-motor system being configured to use the first controller (905) or the second controller (905); and un interruptor (912, 914) configurado para cortocircuitar un devanado de campo (908) de la máquina síncrona (102B) con una resistencia (913) cuando se usa el primer controlador (905) y para conectar el devanado de campo (908) de la máquina síncrona (102B) a un excitador (911) cuando se usa el segundo controlador (905), ya switch (912, 914) configured to short-circuit a field winding (908) of the synchronous machine (102B) with a resistor (913) when the first controller (905) is used and to connect the field winding (908) of the synchronous machine (102B) to an exciter (911) when the second controller (905) is used, and el sistema generador-motor de velocidad variable está configurado para usar el primer controlador (905) cuando la máquina síncrona (102B) se inicia desde reposo, y para conmutar el control a realizar por el segundo controlador (905) una vez que la frecuencia alcanza un valor establecido, yThe variable speed generator-motor system is configured to use the first controller (905) when the synchronous machine (102B) starts from rest, and to switch the control to be performed by the second controller (905) once the frequency reaches a set value, and en el que el sistema generador-motor de velocidad variable está configurado además para detener temporalmente el convertidor de potencia MMC cuando la frecuencia alcanza el valor establecido, para permitir la conexión del excitador (911) a través del interruptor (912, 914).wherein the variable speed generator-motor system is further configured to temporarily stop the MMC power converter when the frequency reaches the set value, to allow connection of the exciter (911) through the switch (912, 914). 2. El sistema generador-motor de velocidad variable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que 2. The engine-variable speed generator according to claim 1, in which system una bomba o una turbina de bomba reversible está provista de una válvula de sellado en un lado de descarga y está conectada directamente a la máquina síncrona (102A, 102B) que tiene bobinados de amortiguación, el sistema generador-motor de velocidad variable incluye un tercer controlador (905) configurado para generar un comando de velocidad de rotación en respuesta a una señal del cabezal de la bomba o la turbina de la bomba reversible y para ajustar la velocidad de rotación al comando de velocidad de rotación, estando el segundo controlador (905) configurado para detectar la aceleración para el comando de velocidad de rotación, y el sistema generador-motor de velocidad variable está configurado además para abrir la válvula de sellado cuando el segundo controlador (905) detecta la aceleración para el comando de velocidad de rotación, y luego para cambiar el control a realizar por el tercer controlador (905). A reversible pump or pump turbine is provided with a sealing valve on one discharge side and is directly connected to the synchronous machine (102A, 102B) having damping windings, the variable speed generator-motor system includes a third controller (905) configured to generate a rotational speed command in response to a signal from the pump head or reversible pump turbine and to adjust the rotational speed to the rotational speed command, the second controller (905 ) configured to detect the acceleration for the rotational speed command, and the variable speed generator-motor system is further configured to open the sealing valve when the second controller (905) detects the acceleration for the rotational speed command, and then to change the control to be performed by the third controller (905).
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